Использование пластиковых контейнеров от «киндерсюрпризов» в опытах по электростатике

Использование пластиковых контейнеров от «киндерсюрпризов» в опытах по электростатике.

Введение.

Данная работа содержит три основные части: теоретическая, карточки к экспериментам и фрагмент урока, к которому возможно применение данных экспериментов.

Теоретическая часть содержит информацию об электростатике, а именно об электризации тел.

Практическая часть представлена экспериментами (описано 5 опытов по электростатике с использованием в качестве электризуемых тел пластиковых контейнеров от детских шоколадок – «киндерсюрпризов», подвешенных на длинных нитях).

Всем известны капризность, ненадежность, малая наглядность и не слишком внешний эстетичный вид традиционно используемых в опытах по электростатике гильз из алюминиевой фольги. Между тем эти же опыты становятся во всех отношениях просто изящными, если использовать в качестве пробных, несущих заряд, дешевые, прочные, легкие, разборные, прекрасно видимые из далека пластиковые яйца-контейнеры от детских шоколадных «киндеровсюрпризов». Пластмасса контейнеров хорошо электризуется при легком натирании их шелковой или шерстяной тряпочкой и долго удерживают заряд.

Контейнеры могут быть подвешены как на одинарном, так и на бифилярном подвесе из незаметной на фоне классной доски тонкой рыболовной леске, либо, наоборот, на хорошо заметной на том же фоне белой капроновой нити длиной около метра.

Все это позволяет достаточно легко проводить опыты по электростатике.

Задачи:

- изучение электризации тел;

- представление карточек к экспериментам;

- разработка методики;

- проведения экспериментов.

Цель работы заключается в изучении электризации тел на примере опытов с контейнерами от «киндерсюрпризов».

Теоретическая часть.

Электростатика — раздел электродинамики, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов. Тела, способные после натирания притягивать легкие предметы, называют наэлектризованными. Степень электризации тел в результате взаимного трения характеризуется величиной и знаком электрического заряда, полученного телом. Например, эбонитовая палочка, потертая о мех, электризуется отрицательно, а стеклянная палочка, потертая о шелк, электризуется положительно.

Знак заряда тел в результате электризации определяется тем, что одни вещества при трении отдают электроны, а другие их присоединяют.

В атомах тех веществ, где электрон находится далеко от ядра и слабо с ним связан (например, в стекле), энергия связи электрона с атомом мала. Электрон может легко оторваться от атома. Атом при этом превращается в положительный ион, а вещество (стеклянная палочка) заряжается положительно.

В других веществах (например, в шелке) ядро атома сильно удерживает электрон. Атом этого вещества может присоединить к себе дополнительный электрон, образуя отрицательный ион. Вещество (шелк) при этом заряжается отрицательно. В результате трения стекло заряжается положительно, а шелк — отрицательно. Иными словами, электрические заряды не создаются и не исчезают, они лишь перераспределяются между контактирующими телами.

Система тел, которая не взаимодействует с окружающими телами, называется замкнутой или изолированной системой тел.

Явление электризации тел подчиняется закону сохранения электрического заряда: во всех явлениях электризации тел в замкнутой системе суммарный электрический заряд сохраняется.

Многочисленные опыты показывают, что тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются.

На основе взаимодействия зарядов одинакового знака работают приборы: электроскоп и электрометр, с помощью которых можно обнаружить наличие заряда и определить его знак.

Эксперимент №1. Карточка к эксперименту.

Цель эксперимента: продемонстрировать взаимодействие заряженных тел и оценить величину заряда.

Оборудование: 2 штатива, 2 пластмассовых контейнера, нитки.

Ход эксперимента:

1. Собираем установку. К штативам прикрепляем на нитях пластмассовые контейнеры.

2. Натираем оба контейнера шелковой или шерстяной тряпочкой.

3. Сдвигаем штативы друг к другу.

Вывод: мы наблюдаем отталкивание пластмассовых контейнеров, что говорит о том, что они заряжены одноименно.

Эксперимент №2. Карточка к эксперименту.

Цель эксперимента: продемонстрировать притяжение заряда к проводящей поверхности.

Оборудование: пластмассовый контейнер, проводящая поверхность, нитки.

Ход эксперимента:

1. подвешиваем пластмассовый контейнер на нить.

2. потрем контейнер о шелковую или шерстяную тряпочку, в результате чего, шарик зарядится.

3. поднесем к заряженному контейнеру проводящую поверхность (металлический лист или ладонь).

Вывод: мы наблюдаем притяжение заряда к проводящей поверхности.

Эксперимент №3. Карточка к эксперименту.

Цель эксперимента: продемонстрировать возможные конфигурации заряженных контейнеров, висящих на нитях одинаковой длины и одинаковой массы, висящих на нитях разных длин и разных масс.

Оборудование: пластмассовые контейнеры, нитки, шелковая или шерстяная тряпочка.

Ход эксперимента:

1. подвешиваем контейнеры на нити одинаковой длины.

2. заряжаем контейнеры.

3. подвешиваем их к одной точке.

4. за тем меняем длину нитей и массу некоторых контейнеров.

Вывод: мы наблюдаем различные конфигурации заряженных контейнеров.

Эксперимент №4. Карточка к эксперименту.

Цель эксперимента: продемонстрировать колебания связанных маятников, в которых связь реализуется за счет электрических сил.

Оборудование: маятники, представляющие собой пластмассовые контейнеры на нитях.

Ход эксперимента:

1. подвешиваем маятники и выводим один из них из положения равновесия.

2. добавляем еще маятников.

Вывод: наблюдаем колебания маятников за счет действия электрических сил.

Эксперимент №5. Карточка к эксперименту.

Цель эксперимента: продемонстрировать модель опыта Резерфорда.

Оборудование: пластмассовые контейнеры, нитки, гайка, шелковая или шерстяная тряпочка.

Ход эксперимента:

1. подвешиваем пластмассовые контейнеры на нити.

2. в один из контейнеров положим груз (гайка, песок, монетка).

3. зарядим оба контейнера.

4. будем подносить легкий контейнер к более тяжелому с разных расстояний.

Вывод: легкий контейнер, эмитирующий альфа-частицу, будет отклоняться на разные углы от тяжелого контейнера, эмитирующего ядро.

Фрагмент урока.

Тип урока: урок повторения изученного материала.

Вид урока: урок-обобщение

Цели:

образовательные:

• повторение, обобщение материала темы “Электростатика”, осознание изученного материала, формирование умений и навыков практического применения.

развивающие:

• развитие навыков выделять электрические явления в природе и технике.

• способствовать развитию умения анализировать, выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, наблюдать и экспериментировать;

• способствовать развитию логического мышления;

• развитие умения выражать речью результаты собственной мыслительной деятельности.

воспитательные:

• воспитание умения работать в коллективе,

• воспитание любознательности.

• способствовать формированию научного мировоззрения;

• способствовать воспитанию культуры мышления и речи;

• пробуждение познавательного интереса к предмету и окружающим явлениям.

Повторение изученного материала.

Учитель	Ученики
Мы прошли большой раздел под названием «Электростатика». Наша задача на сегодняшний урок – повторить весь изученный материал. Начнем с самого простого – электризации тел. Сейчас я вам продемонстрирую опыт.
Демонстрация №1. Мы видим два пластмассовых контейнера от «киндеровсюрпризов», подвешенных на нитях. Если их зарядить с помощью натирания о шелковую или шерстяную тряпочку и поднести друг к другу. Как вы думаете, что произойдет? И почему?	Шарики оттолкнутся друг от друга, потому что они имеют одноименные заряды.
Демонстрация №2. А если мы поднесем к ним еще пару контейнеров, то что мы будем наблюдать? Как это можно объяснить?	Мы наблюдаем устойчивые конфигурации. Они наблюдаются за счет принципа суперпозиции.
В чем он заключается?	Напряженность поля системы зарядов в данной точке равна геометрической (векторной) сумме напряженностей полей, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности.
Демонстрация №3. Теперь проведем следующий опыт. Поднесем к проводящей поверхности заряженный контейнер. Что мы будем наблюдать и почему? В чем заключается это явление? Все верно. Отрицательные заряды проводника притягиваются к положительно заряженному контейнеру.	Мы увидим, что контейнер начнет притягиваться. Мы наблюдаем явление электростатической индукции. На поверхности электронейтрального проводника, помещенного во внешнее электростатическое поле, происходит перераспределение зарядов.
Демонстрация №4. Мы видим два заряженных маятника, которые находятся в состоянии равновесия. Что произойдет, если мы выведем один из них из состояния равновесия? Чем это обусловлено? Демонстрация №5. Модель опыта Резерфорда. Мы имеем два заряженных маятника. Масса одного маятника отличается от другого. Тот маятник, у которого масса больше, примем за ядро, а второй – за альфа-частицу. И будем проносить второй маятник вблизи первого на разных прицельных расстояниях. Что мы увидим? Что же было результатом опыта Резерфорда?	Если вывести из состояния равновесия один из маятников, то и второй придет в движение. Второй маятник приходит в движение за счет действия на него электрических сил. Мы увидим, что альфа-частица отклоняется на разные углы при пролете на разные прицельные расстояния от ядра. 1.большинство частиц проходит через атомы вещества, не рассеиваясь (как через "пустоту"); 2.с увеличением угла рассеяния число отклонившихся от первоначального направления частиц резко уменьшается; 3.имеются отдельные частицы, отбрасываемые атомами назад, против их первоначального движения (как мяч от стенки). Резерфорд вывел формулу, по которой можно рассчитать количество альфа-частиц, рассеянных под определенными углами. В эту формулу входит характеристический параметр "d ", являющийся поперечным размером образований, отклоняющих частицы. Для совпадения расчетов с результатами опытов это параметр должен быть порядка 10-13 см. Атомы имеют диаметр 10-8 см, т.е. на пять порядков выше. Следовательно, в атоме имеется область занимающая ничтожно малую часть атома, которая и отклоняет частицы на большие углы вплоть до 1800.

Заключение.

В данной работе были представлены материалы по электростатике: теоретическая часть, которая включает в себя понятие электростатики – раздел электродинамики, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов и ее основные понятия.

Представлены карточки к экспериментам, в которых дано подробное описание опытов.

А так же рассмотрен фрагмент урока, включающий в себя 5 демонстраций. Я описал повторение изученного материала, а именно повторение темы «Электростатика».

Библиографический список.

1. Перышкин А. В., Родина Н. А. Физика: Учеб. для 8 кл. ср. шк., М. 1993

2. Касьянов В. А. Физика: Учеб. для 10 кл. ср. шк., М. 2003

3. Интернет ресурсы www.elektrostatika.narod.ru

11