Дополнительные вопросы и задания. Электромагнитные и световые явления
УРОК 1/1
Тема. Электрические взаимодействия
Цель урока: ознакомить учащихся с электрическими взаимодействиями; разъяснить им физический смысл закона сохранения заряда и закона Кулона.
Тип урока: урок изучения нового материала.
ПЛАН УРОКА
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
Первые шаги к разгадке природы электричества были сделаны во время изучения электрических разрядов, которые возникают между разноименно заряженными телами. Такие разряды напоминают крошечную молнию.
Для того чтобы понять появление всех этих искр, ознакомимся с одним из электрических явлений. Возьмем пластмассовый гребешок или авторучку и проведем ею несколько раз по сухим волосам или шерстяному свитеру. Как не странно, но после такого простого действия пластмасса приобретет нового свойства: начнет притягивать мелкие кусочки бумаги, другие легкие предметы и даже тонкие струйки воды.
Из выполненных опытов и наблюдений можно сделать вывод:
Ø явления, в которых тела приобретают свойства притягивать другие тела, называют электризацией.
В XVII веке немецкий ученый Отто фон Герике обнаружил, что электрическая взаимодействие может быть не только притягуванням, но и отталкиванием. В начале XVIII века французский ученый Шарль Дюфе объяснил притяжение и отталкивание наэлектризованных тел существованием двух типов электрических зарядов:
Ø если тела имеют электрические заряды того же типа, они отталкиваются, а если разных типов, то притягиваются.
Тела, имеющие способность к электрических взаимодействий, называют наелектризованими. Если наэлектризованное тело, говорят, что оно имеет электрический заряд.
Ø Электрический заряд - это физическая величина, характеризующая интенсивность электромагнитных взаимодействий тел или частиц.
Заряды разных типов назвали положительными и отрицательными. Электрический заряд наэлектризованной стеклянной палочки, потертой о шелк, назвали положительным, а заряд ебонітової палочки, потертой о мех, - отрицательным.
Тела, не имеющие электрического заряда, называют незаряженными, или электрически нейтральными. Но иногда и такие тела обладают способностью к электрическим взаимодействиям.
Во время электризации тело потеряло часть своих электронов, заряжается положительно, а тело приобрело лишних электронов - отрицательно. Общее же количество электронов в этих телах остается неизменной.
При электризации тел выполняется очень важный закон - закон сохранения заряда:
Ø в электрически изолированной системе тел алгебраическая сумма зарядов всех тел остается неизменной.
Этот закон не утверждает, что суммарные заряды всех положительно заряженных и всех отрицательно заряженных частиц должны каждый отдельно храниться. Во время ионизации атома в системе образуются две частицы: положительно заряженный ион и отрицательно заряженный электрон. Суммарные положительный и отрицательный заряды при этом увеличиваются, же полный электрический заряд остается неизменным. Нетрудно увидеть, что всегда сохраняется разница между общим числом всех положительных и отрицательных зарядов.
Закон сохранения электрического заряда выполняется и тогда, когда заряженные частицы испытывают превращения. Так, во время столкновения двух нейтральных (не имеют электрического заряда) частиц могут рождаться заряженные частицы, однако алгебраическая сумма зарядов порожденных частиц при этом равна нулю: вместе с положительно заряженными частицами рождаются и отрицательно заряженные.
Французский ученый Шарль Кулон исследовал, как зависит сила взаимодействия между заряженными телами от значений зарядов тел и от расстояния между ними. В своих опытах Кулон не учитывал размеры тел, которые взаимодействуют.
Заряд, помещенный на теле, размеры которого малы по сравнению с расстояниями до других тел, с которыми оно взаимодействует, называют точечным зарядом.
Закон Кулона, открытый 1785 p ., количественно описывает взаимодействие заряженных тел. Он является фундаментальным законом, то есть установленный с помощью эксперимента и не вытекает ни из какого другого закона природы.
Ø Неподвижные точечные заряды q 1 и q 2 взаимодействуют в вакууме с силой F , прямо пропорциональной модулям зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния r между зарядами:
Значение коэффициента пропорциональности k зависит от выбора системы единиц.
Единица электрического заряда в СИ названа в честь Кулона - это 1 кулон (Кл).
Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона численно равна k = 9·10 9 Н·м2/Кл2. Физический смысл этого коэффициента заключается вот в чем: два точечных заряда по 1 Кл каждый, находятся на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой, равной 9·109 Н.
ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА
Первый уровень
1. Как можно определить, заряженные тела?
2. В каких случаях заряженные тела притягиваются, а в каких - отталкиваются?
3. При каких условиях выполняется закон сохранения электрического заряда?
4. От чего зависит электрическая сила взаимодействия заряженных тел?
5. В чем сходство и различие закона всемирного тяготения и закона Кулона?
Второй уровень
1. Почему притяжение кусочков бумаги натертым расческой нельзя объяснить действием сил тяжести, упругости и веса?
2. Зависит ли сила электрического взаимодействия от расстояния между заряженными телами? Подтвердите ваш ответ примером.
3. С помощью какого опыта можно проиллюстрировать закон сохранения электрического заряда?
4. Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов при увеличении каждого заряда в 3 раза, если расстояние между ними уменьшить в 2 раза?
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА
1. Почему электрическое отталкивание обнаружили почти через две тысячи лет после того, как было обнаружено притяжения?
Два тела испытывают электрического притяжения, если заряжен только одно из тел, причем зарядом любого знака. А электрическое отталкивание проявляет себя только тогда, когда оба тела заряжены, причем обязательно одноименно.
2. Когда с первой капельки миллиард электронов переместили на вторую, между ними возникла сила электрического взаимодействия. Сколько электронов необходимо переместить с первой капельки на вторую, чтобы эта сила увеличилась в 4 раза?
3. На каком расстоянии находятся друг от друга точечные заряды 4 и 6 нКл, если сила их взаимодействия равна 6 мН?
4. Сколько электронов надо «перенести» с одной пылинки на другую, чтобы сила кулоновского притяжения между порошинами на расстоянии 1 см равна 10 мкН? (Ответ: 2,1·109)
5. Заряды двух одинаковых маленьких металлических шариков равны q 1 = -2 нКл и q 2 = 10 нКл. После соприкосновения шариков их развели на предыдущую расстояние. Во сколько раз изменился модуль силы взаимодействия между ними?
Пусть расстояние между шариками равна r
. Тогда модуль силы взаимодействия между ними изменился от к Здесь q
- заряд каждого из шариков после соприкосновения. Согласно закону сохранения заряда 2q
=
q
1
+
q
2
.
Следовательно, 
Ответ: уменьшился в 1,25 раза.
6. На шелковой нитке висят два заряженных шарика массой 20 мг каждая (см. рисунок). Модули зарядов шариков 1,2 нКл. Расстояние между шариками 1 см. Чему равна сила натяжения нити в точках А и В? Рассмотрите случаи одноименных и разноименных зарядов. (Ответ: сила натяжения нити в точке А равна 0,39 мН; В точке В для одноименных зарядов 0,33 мН, а для разноименных - 66 мкН.)
ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ
Явления, в которых тела приобретают свойства притягивать другие тела, называют электризацией.
Электрический заряд - это физическая величина, характеризующая интенсивность электромагнитных взаимодействий тел или частиц.
В электрически изолированной системе тел алгебраическая сумма зарядов всех тел остается неизменной:
· Заряд, помещенный на теле, размеры которого малы по сравнению с расстояниями до других тел, с которыми оно взаимодействует, называют точечным зарядом.
· Неподвижные точечные заряды q 1 и q 2 взаимодействуют в вакууме с силой F , прямо пропорциональной модулям зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния r между зарядами:
Домашнее задание
Рів1 № 1.8; 1.9; 1.10; 1.11.
Рів2 № 1.31; 1.32; 1.34, 1.35.
Рів3 № 1.54, 1.55; 1.56; 1.57.
Изучение электрических явлений началось в Древней Греции с наблюдения, которое и породило впоследствии слово электричество. Было замечено, что, если натереть янтарь шерстью, он начинает притягивать мелкие предметы – например, пушинки и перья. Янтарь по-гречески электрон, поэтому этот вид взаимодействия назвали электрическим.
Сегодня любой может повторить этот знаменитый древнегреческий опыт даже без янтаря.
Поставим опыт
Расчешите сухие волосы пластмассовой расческой и поднесите ее к маленьким кусочкам бумаги, не касаясь их. Кусочки бумаги будут притягиваться к расческе (рис. 49.1).
Электрические взаимодействия обусловлены наличием у тел электрических зарядов.
Тело, обладающее электрическим зарядом, называют электрически заряженным (или просто заряженным), а сообщение телам электрических зарядов называют электризацией.
Натертый янтарь приобретает способность к электрическим взаимодействиям по той причине, что при трении он электризуется. Впоследствии выяснилось, что янтарь – не исключение: при трении электризуются многие тела. Вы сами, наверное, не раз чувствовали, как вас "бьет током", когда вы прикасаетесь к другому человеку после того, как сняли или надели шерстяную одежду. Это – тоже результат электризации при трении.
Опыты с наэлектризованными телами – например, с натертыми янтарем или расческой – показывают, что наэлектризованные тела притягивают незаряженные предметы. Ниже мы увидим, что это притяжение обусловлено тоже взаимодействием электрических зарядов.
1. Многие хозяйки, стараясь как можно тщательнее вытереть пыль с мебели, подолгу трут поверхность мебели сухой тряпкой. Но, увы – чем больше они стараются, тем скорее пыль снова садится на»хорошо вытертые» поверхности. То же самое происходит и тогда, когда тщательно протирают сухой тряпкой монитор компьютера или ноутбука. Как это объяснить?
Для получения заряженных тел в школьных опытах по электричеству обычно натирают шерстью эбонитовую палочку или шелком – стеклянную. (Эбонит – твердое вещество черного цвета, состоящее из серы и каучука.) В результате палочки приобретают электрический заряд.
Поставим опыт
Наэлектризуем одну легкую металлическую гильзу (металлический цилиндр), прикоснувшись к ней заряженной. стеклянной палочкой, а другую гильзу – прикоснувшись к ней заряженной эбонитовой палочкой. Мы увидим, что гильзы начнут притягиваться (рис. 49.2, а).
А вот две гильзы, наэлектризованные с помощью одной и той же палочки, будут всегда отталкиваться – независимо от того, какой палочкой мы пользовались для электризации гильз (рис. 49.2, б, в).
Этот опыт показывает, что электрические заряды бывают двух типов: заряды одного и того же типа отталкиваются, а заряды различных типов притягиваются. Чаще говорят не о типах, а о знаках зарядов, называя их положительными и отрицательными. Дело в том, что заряды противоположных знаков могут компенсировать друг друга (подобно тому, как сумма положительного и отрицательного чисел может быть равной нулю). Итак,
электрические заряды бывают двух знаков – положительные и отрицательные.
Заряд стеклянной палочки, натертой шелком, считают положительным, а заряд эбонитовой пилочки, натертой мехом или шерстью, – отрицательным.
Тела, имеющие заряд одного знака, называют заряженными одноименно, а тела, имеющие заряды разных знаков, называют заряженными разноименно.
Описанный выше опыт показал, что
одноименно заряженные тела отталкиваются, а разноименно заряженные – притягиваются .
2. а) Могут ли заряды трех шариков быть такими, что любая пара шариков взаимно отталкивается? взаимно притягивается?
б) Можно ли определить, не используя других тел или приборов: каков знак заряда каждого шарика? Имеют ли все шарики заряд одного и того же знака?
в) Опишите опыт, с помощью которого можно определить знак заряда каждого шарика.
Тела, не имеющие электрического заряда, называют незаряженными или электрически нейтральными. Почти все окружающие нас тела являются нейтральными. Но это не означает, что в них нет электрических зарядов!
Наоборот, в любом теле содержится огромное число положительно и отрицательно заряженных частиц, Как суммарный положительный заряд, так и суммарный отрицательный заряд этих частиц колоссален (скоро мы в этом убедимся). Но эти положительный и отрицательный заряды с очень большой точностью компенсируют друг друга.
2. Носители электрического заряда
Электрический заряд переносится только заряженными частицами. Электрического заряда без частиц не существует.
Заряженные частицы называют носителями электрического заряда. Если они могут перемещаться в веществе, их называют свободными носителями электрического заряда или просто свободными зарядами.
Чаще других в роли свободных зарядов выступают электроны. Как вы уже знаете из курса физики основной школы, эти очень легкие отрицательно заряженные частицы движутся вокруг массивного (по сравнению с электронами) положительно заряженного атомного ядра. Именно электроны являются свободными носителями заряда в металлах.
Переносить электрический заряд могут и ионы – атомы, которые потеряли или приобрели один или несколько электронов. (От греческого «ион» - странник.) Потерявший электрон (электроны) атом становится положительно заряженным ионом, а атом с избыточным электроном (электронами) – отрицательно заряженным ионом.
Например, в растворе поваренной соли (NaCl) свободными зарядами являются положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора.
3. В какой ион (положительно илн отрицательно заряженный) превращается атом, потерявший электрон?
4. Как изменяется масса атома, когда он становится: положительным ионом? отрицательным ионом?
Наиболее удаленные от ядра электроны слабее связаны с ядром. Поэтому при тесном контакте двух тел электроны могут переходить с одного тела на другое (рис. 49.3). Это объясняет, почему при трении тела часто электризуются.
В результате электризации в одном теле возникает избыток электронов, и поэтому оно приобретает отрицательный электрический заряд, а в другом теле возникает недостаток электронов, вследствие чего оно приобретает положительный заряд.
3. Проводники и диэлектрики
Вещества, в которых есть свободные носители электрического заряда, называют проводниками.
Хорошими проводниками являются все металлы. Проводниками являются также растворы солей и кислот – такие жидкости называют электролитами. (От греческого «литос» - разложимый, растворимый.) Электролитами являются, например, морская вода и кровь.
В металлах свободными зарядами являются электроны, а в электролитах – ионы.
Вещества, в которых нет свободных носителей электрического заряда, называют диэлектриками.
Диэлектриками являются многие пластмассы и ткани, сухое дерево, резина, стекло, а также многие жидкости – например, керосин и химически чистая (дистиллированная) вода. Газы, в том числе воздух, – также диэлектрики.
Хотя в диэлектриках свободных зарядов нет, это не означает, что они не участвуют в электрических явлениях. Дело в том, что в диэлектриках есть связанные заряды – это электроны, которые не могут перемещаться по всему образцу вещества, но могут перемещаться в пределах одного атома или молекулы.
Как мы увидим ниже, это приводит к тому, что диэлектрики существенно влияют на взаимодействие заряженных тел: например, они могут ослабить его в десятки раз.
Именно благодаря смещению связанных зарядов незаряженные диэлектрические тела (например, кусочки бумаги) притягиваются к заряженным телам. Ниже мы рассмотрим это подробнее.
4. Электризация через влияние
Благодаря тому, что в проводниках есть свободные заряды, проводники можно заряжать, даже не прикасаясь к ним заряженными телами. При этом тела заряжаются зарядами противоположных знаков.
Поставим опыт
Соединим проводником две металлические гильзы 1 и 2, лежащие на деревянном столе. Затем, не убирая проводник, поднесем к гильзе 1 положительно заряженную палочку, ке касаясь ею гильзы (рис. 49.4, а). Часть свободных электронов, притягиваясь к заряженной палочке, переместится с гильзы 2 на гильзу 1. В результате гильза 2 станет заряженной положительно, а гильза 1 – отрицательно.
Не удаляя заряженную палочку, уберем проводник, соединяющий гильзы (рис. 49.4, б). Они останутся заряженными, причем их заряды будут равны по модулю, но противоположны по знаку.
Теперь можно убрать и заряженную палочку: разноименные заряды останутся на гильзах.
Этот способ электризации тел называют электризацией через влияние.
Обратите внимание: электризация через влияние обусловлена перераспределением зарядов. Алгебраическая сумма зарядов тел остается при этом равной нулю: тела приобретают равные по модулю и противоположные по знаку заряды.
5. Расскажите подробно, как и почему изменился бы результат описанного опыта, если бы сначала удалили заряженную палочку, а потом – проводник, соединяющий гильзы. Проиллюстрируйте ваш рассказ схематическими рисунками.
6. Объясните, почему в описанном выше опыте человек держит металлическую палочку, соединяющую гильзу, за деревянную ручку. Опишите, что произошло бы, если бы при проведении этого опыта человек держал металлическую палочку непосредственно рукой. Примите во внимание„что человеческое тело является проводником.
5. Почему незаряженные тела притягиваются к заряженным?
Выясним теперь, почему незаряженные тела притягиваются к заряженным.
Поставим опыт
Приблизим к незаряженной металлической гильзе положительно заряженную палочку (рис. 49.5). Свободные электроны гильзы притянутся к положительно заряженной палочке, поэтому на ближней к палочке части гильзы появится отрицательный электрический заряд, а на дальней ее части из-за недостатка электронов возникнет положительный заряд.
В результате гильза будет притягиваться к палочке, потому что отрицательные заряды на гильзе находятся ближе к палочке.
7. Объясните, почему незаряженная металлическая гильза притягивается также к отрицательно заряженной палочке.
Итак, незаряженный проводник притягивается к заряженному телу, имеющему заряд любого знака, вследствие перераспределения свободных зарядов в незаряженном проводнике.
8. На рисунке 49.6 показано взаимодействие гильз А и В, а также гильз В и С. Известно, что гильза А заряжена положительно.
а) Можно ли утверждать, что гильза В заряжена? Если да, то каков знак ее заряда?
в) Можно ли предсказать, как будут взаимодействовать гильзы А и С?
Незаряженный диэлектрик тоже притягивается к телу, имеющему заряд любого знака. Объясняется это смещением связанных зарядов в диэлектрике: на поверхности диэлектрика возникают заряды разных знаков, причем ближе к заряженному телу оказываются заряды противоположного с ним знака. Это и приводит к притяжению.
Ниже мы рассмотрим смещение связанных зарядов в диэлектрике подробнее.
6. Роль электрических взаимодействий
Само существование атомов обусловлено электрическим взаимодействием положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов.
Электрическую природу имеет также взаимодействие атомов и молекул: благодаря ему атомы объединяются в молекулы, а нз атомов и молекул образуются жидкие и твердые тела. Электрическое взаимодействие нейтральных атомов и молекул объясняется неравномерным распределением электрического заряда в них.
Электрическими взаимодействиями обусловлены и многие процессы в живом организме. В частности, электрической является природа импульсов в нервных клетках, в том числе– в клетках головного мозга.
Электрические взаимодействия во много раз интенсивнее, чем гравитационные. Например, сила электрического отталкивания двух электронов превышает силу их гравитационного притяжения примерно в 4 * 10 42 раз. По сравнению с этим огромным числом кажется крошечной даже постоянная Авогадро! В § 50 мы проверим эту сравнительную оценку сил электрического и гравитационного взаимодействия.
Но если электрическое взаимодействие является таким сильным, почему же мы замечаем его вокруг себя так редко?
Дело в том, что практически все окружающие нас тела электрически нейтральны: огромный суммарный положительный электрический заряд атомных ядер с очень большой точностью компенсируется равным ему по модулю суммарным отрицательным зарядом электронов.
Только благодаря этой компенсации мы и не замечаем, насколько велики силы электрического взаимодействия, «спрятанные» внутри вещества.
Эта взаимная компенсация зарядов в окружающих нас телах не означает, однако, что электрические силы никак не проявляют себя, например, в механических явлениях. На самом деле мы неявно учитывали эти силы при изучении механики.
Как вы помните, в механике рассматривают три вида сил – силы тяготения, силы упругости и силы трения. Две из этих сил – сила упругости и сила трения – обусловлены взаимодействием атомов и молекул, из которых состоят тела, а взаимодействие атомов и молекул, как мы уже знаем, имеет электрическую природу.
Дополнительные вопросы и задания
9. Две одинаковые гильзы висят рядом на нитях одинаковой длины. На красной нити висит заряженная гильза, а на синей – незаряженная. Какая нить сильнее отклонена от вертикали?
10. Две металлические гильзы, висящие рядом на нитях, отталкиваются. Как будут взаимодействовать эти гильзы, если коснуться рукой одной из них?
11. На рисунке 49.7 показано, как взаимодействуют гильзы А и В, а также гильзы В и С.
а) Что можно сказать о заряде гильзы В?
б) Что можно сказать о заряде гильзы С?
12. Легкий металлический шарик подвешен между двумя вертикальными металлическими пластинами, заряды которых имеют противоположные знаки (рис. 49.8). Опишите, что будет происходить после того, как шарик коснется одной из пластин.
БИЛЕТ №1
1 . Почему в плавких предохранителях применяют именно свинцовую проволоку?Если сила тока превысит допустимое значение, проволока в пробке расплавится, и электрическая цепь разомкнётся .
2. Где в квартире устанавливают предохранители? В распределительном щите перед квартирой.
3.Имеют ли автономные электрические устройства, например телевизоры, предохранители? Да .
Существуют ли другие конструкции предохранителей? Существуют. По своей конструкции предохранители могут быть резьбового типа (пробочные) или трубчатые.
Для нормальных предохранителей, кроме пробок с плавкими вставками выпускаются пробочные автоматы, которые ввертываются в то же основание вместо пробок. При перегрузке и коротких замыканиях в линии автомат отключает линию своими контактами. Цепь восстанавливается нажатием на кнопку. Другая кнопка служит, для отключения цепи (вместо выключателя).
БИЛЕТ № 2
1. Какую гипотезу пытался проверить Ампер своими опытами? Что надо пони- мать под словами «электрический конфликт»? Если проводник тока всегда окружен магнитными силами, то «электрический конфликт» должен выступать не только между проводом и магнитной стрелкой, но и между двумя проводами, по которым течет ток. «электрический конфликт»-взаимодействие
2. Играет ли роль в проверке взаимодействия между проводниками с током расстояние между ними? Да, т.к. сила убывает с ростом расстояния.
3. Как ведут себя два соленоида с током, установленные рядом?что соленоиды, установленные рядом, при пропускании через них тока ведут себя, подобно двум магнитам.
Билет №3
1. Как зависит температура плавления льда от внешнего давления?Однако расчеты показывают, что человек массой 60 кг, стоя на коньках, оказывает на лед давление примерно в 15 атм. Это означает, что под коньками температура плавления льда уменьшается только на 0,11 °С. Такого повышения температуры явно недостаточно для того, чтобы лед стал плавиться под давлением коньков при катании, например, при –10 °С
2. Приведите два примера, которые иллюстрируют возникновение избыточного давления при замерзании воды. Лед разрывает стеклянную бутылку в морозилке.
3. При протекании какого процесса может выделяться теплота, которая идет на плавление льда при катании на коньках?Трение.
БИЛЕТ № 4
1. Зачем в описанном опыте применяли батарею конденсаторов?По мере заряжения конденсаторов увеличивается разность потенциалов между электродами, а следовательно, будет увеличиваться напряженность поля в газе
2.К какому виду разрядов можно отнести молнию? Искровой разряд.
3.Когда между облаками проскакивает молния?При достаточной напряженности поля
4.Может ли возникнуть молния между облаками и Землей? Объясните.Грозовые облака несут в себе большие электрические заряды
Билет №5
1. Знали ли вы, что в нашей стране накопилось много радиоактивного «мусора» и что он теперь - реальная и грозная опасность для нашей жизни и здоровья? Откуда берется этот «мусор»?Ядерная энергетика, широко используемая в последние десятилетия, оставляет много радиоактивных отходов.
2. Какие могут быть экологические последствия, если эту проблему не решить?Эти отходы накапливаются и представляют чрезвычайную радиационную опасность для обширных районов России и сопредельных стран.
3. Как вы думаете: какой метод захоронения отходов дороже - метод стеклования взрывом или традиционный, требующий сооружения бетонных могильников? Почему? (Ответ. Традиционный метод дороже: для его осуществления требуется возвести помимо могильников комплекс обслуживающих предприятий и поддерживать постоянные параметры захоронений - давление, температуру, влажность.)
4. Можно ли, с вашей точки зрения, «совместить» предлагаемый проект захоронения отходов с помощью подземных ядерных взрывов и Договор о всеобщем запрещении ядерных испытаний, который подписан Россией и за бессрочное продление которого выступает наша страна? Можно, т.к. захоронение это не испытания.
Билет №6.
1 Почему опыт не удается, если воздух в цилиндре сжимать медленно?Так как топливо не сможет самовозгорется.
2 Почему для проведения опыта берется именно эфир? двигатель Дизеля
3. Какой из двигателей: карбюраторный двигатель внутреннего сгорания или двигатель Дизеля более экологичный?Двигатели Дизеля имеют больший коэффициент полезного действия, чем обычные, но более сложны в изготовлении и эксплуатации .
4. Почему у двигателей Дизеля больше КПД, чем у карбюраторных двигателей? Больше топлива идет на совершение работы.
Билет 7
1. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Возникновение индукционного тока при изменении магнитного потока или вихревого поля.
2. Может ли трансформатор работать от постоянного тока? Трансформатор преобразует переменный электрический ток
3. Каковы потери передаваемой мощности в трансформаторах? В среднем 15-20%.
4. Почему сердечник трансформатора набирается из пластин? Чтобы избежать нагревания от токов Фуко.
БИЛЕТ № 8
1.Какое физическое явление лежит в основе появления огней святого Эльма? Коронный разряд .
2.Почему не возникает такого свечения на плоской металлической крыше? Нет острия .
3.Опасно ли находиться вблизи возникших огней святого Эльма на корабле? Да, если высокая напряженность поля .
4. Как можно получить огни святого Эльма? Ножницы и лист оргстекла.
Билет №9
1. Одинакова ли скорость движения маятника?
2. Постоянно ли ускорение при движении маятника? Нет, меняется по синусоидальному закону
3. Отчего зависит период колебаний?От длины нити.
4.В чем заключается свойство изохронности? Свойство независимости периода колебаний маятника от амплитуды называется изохронностью.
Билет №10
1. Что представляет собой явление гидравлического удара? Каковы условия его возникновения?Явление гидравлического удара, заключающегося в резком увеличении давления при внезапном падении скорости потока жидкости, нашло свое воплощение в устройствах, называемыми гидравлическими таранами.
2. Назовите причину возникновения повышения давления в нижнем конце трубопровода гидравлического тарана?. Под действием нарастающего динамического напора воды закрывается отбойный клапан, расположенный на нижнем конце трубопровода, и вследствие инерции движущейся воды и её не сжимаемости давление здесь резко повышается.
3. Чем обусловлена необходимость установления в трубах теплосетей специальных устройств - стабилизаторов давления?
Для предотвращения разрыва.
4.Где можно применять гидротаран?использует только потенциал небольшой плотины или даже просто естественного рельефа реки.
Билет №11.
1. Что означает слово синтез?Заставить сблизиться ядра можно с помощью нагрева до высоких температур, когда в результате обычных столкновений ядра смогут сблизиться на столь малые расстояния, чтобы ядерные силы вступили в реакцию, и произошел синтез
2.Всегда ли при ядерной реакции выделяется энергия? Да
3. Каковы проблемы управления термоядерным синтезом?Проблема использования синтеза ядер в мирных целях, например для производства электрической энергии, упирается в очень трудную проблему удержания реакции.
Билет №12
1. Для чего, для каких целей используют металлодетекторы?Её, например, уменьшают, если необходимо произвести досмотр только с целью обнаружения крупных металлических предметов. А небольшие предметы - ключи, оправы очков, ручки - сигнализацию детектора не вызовут.
2. Как вы понимаете характеристику «рабочая частота» прибора?(частота изменения направления тока в секунду) Велика ли она?(низкая)
3. Какой закон физики лежит в основе действия описанного металлодетектора? Какими другими словами мы называем «наведенный ток»?(индукционный) Закон электромагнитной индукции
4. Каким образом с помощью металлодетектора можно обнаружить взрывное устройство в пластиковой оболочке?В любом металлическом (и даже электропроводящем) объекте, оказавшемся поблизости, под действием такого изменяющегося магнитного поля возникнут электрические токи.
БИЛЕТ № 13
1.Какой уровень шума безвреден для человека 0 20-30 дБ
2. Какой допустимый уровень шума для человека? Допустимая граница поднимаемся примерно до 80 дБ
3.Как называется наука, изучающая воздействие звука и шума на человека? аудиология
4.Как влияют сверхдопустимые уровни шумов на человека?психологическое воздействие, усталости, стойкой бессоннице и атеросклерозу
Билет №14
1.Какие еще тепловые двигатели, кроме двигателей внутреннего сгорания, оказывают отрицательное влияние на окружающую среду? газовый, реактивный, паровой
2.К каким последствиям приводят широкое применение тепловых машин в энергетике и транспорте? к загрязнению окружающей среды
3.К чему может привести повышение температуры Земли? Дальнейшее увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере может привести к так называемому «парниковому эффекту».
4.Что предпринимается для охраны природы? использование дизелей, применение электродвигателей на транспорте или двигателей, в которых топливом является водород, создание автомобилей, работающих на солнечной энергии .
Билет №15
1. В чем отличие ультразвука от звуковых волн, воспринимаемых человеком? Ультразвуковые волны люди не слышат, а звуковые волны слышим
2. Что называют кавитанционным пузырьком? Какой эффект получается при «схлопывании» кавитанционных пузырьков? кавитацией - образованием в растворе огромного количества микроскопических пузырьков, заполненных газом, паром и их смесью, эти пузырьки возникают при прохождении акустической волны во время полупериода разрежения . Под действием перепада давления при появлении и «схлопывании» пузырьков нарушается сцепление загрязненных микрочастиц с волокнами изделий и облегчается их удаление поверхностно-активными веществами моющего раствора стирального порошка или мыла.
3. Почему излучатель ультразвуковых колебаний имеет чаще всего форму шара или диска? Потому что там большая площадь поверхности излучения.
4. Попробуйте объяснить, зачем на блоках питания установлены светодиодные индикаторы. Ответ: Для определения рабочего состояния устройства.
Билет №16
1.Каким образом некоторые насекомые, например stenus, удерживаются на воде и даже используют силы поверхностного натяжения для того, чтобы двигаться? В результате поверхность служит как бы пленкой, стягивающей всю массу жидкост
2. Почему пузырь имеет всегда шарообразную форму? Наружный слой воды давит на воздух и сжимает его
3.Зависят ли силы поверхностного натяжения от температуры? Зависят, потому, что увеличивается скорость движения молекул на поверхности воды .
4. Как можно измерить силу поверхностного натяжения? С помощью специального динамометра ДПН. К пружине прикреплена пластина, которая опускается на поверхность жидкости. При поднятии пластины пружина растягивается и на шкале динамометра регистрируется сила, удерживающая пластину. Это и будет сила поверхностного натяжения.
Билет №17
1. Назовите отличительную особенность теплопроводности как вида теплопередачи. Почему воздух является плохим проводником тепла? Ответ: Существует два вида теплопередачи: теплопроводность и конвекция. Теплопроводность зависит от вида вещества. Воздух-это газ, расстояние между молекулами большое, соударения редкие, передача энергии минимальная. Это свойство воздуха используется в стеклопакетах.
2. В сильный мороз птицы чаще замерзают на лету, чем сидя на месте. Чем это можно объяснить? Почему в холодную погоду многие животные спят, свернувшись клубком? Ответ.1. Во время полета крылья птицы расправлены и тело не защищено от мороза. Когда птица сидит на месте, крылья мешают теплопередаче. 2. Животные спят, свернувшись клубком, чтобы уменьшить площадь поверхности тела, участвующую в теплопередаче.
3. У человека замерзают быстрее всего конечности, уши и нос, так как эти части тела имеют тонкие стенки. А еще почему? В эти части тела меньше поступает крови, нет мышц.
4. Когда человеку холодно, он начинает дрожать. Какую роль играют эти защитные механизмы для увеличения внутренней энергии человека?
Ответ: при дрожании мышцы сокращаются и вырабатывают энергию.
Билет №18
1. С какой целью проводился эксперимент, описанный в тексте?Для объяснения принципа действия пузырьковой камеры.
2. Почему в пробирке с водопроводной водой пузырьки образуются в основном на кусочке мела? Что является «кипелкой» для процесса кипения воды в обычном чайнике? Мел-неоднородность. Неровности, накипь.
3. Объясните, как вы понимаете смысл понятия «перегретая жидкость». В идеально чистом сосуде с однородной жидкостью кипение не наступает вплоть до температуры 140°С..
4. Почему важнейшим условием работы камеры Глейзера является однородность жидкости и чистота ампулы? Чтобы жидкость была перегретой.
Билет №19
1. Почему для осаждения облака необходимо получение крупных капель и кристаллов? Для этого над облаком разбрасывают кристаллы «сухого льда» (СО2), которые, охлаждая облако, вызывают усиленную конденсацию с образованием крупных капель и кристаллов льда.
2. Почему в качестве «затравки» для образования крупных капель воды и кристаллов используют йодид серебра? . Для этого в облаках распыляют микрочастицы, которые служат так называемыми ядрами кристаллизации для образования крупных капель и кристаллов.
3. Каким образом кристаллы «сухого льда» усиливают конденсацию? В чём суть этого явления? Можно разбрасывать в облаках микроскопические крупинки гигроскопических солей (NaCl или КС1), которые, попав в облако, будут притягивать к себе влагу и разбухать, становясь зародышами больших капель.
4. Объясните необходимость разумного влияния человека на атмосферные процессы. В честь какова нибудь праздика разогнать облака, что бы была хорошая погода .
БИЛЕТ № 20
1. Какова причина броуновского движения? Беспорядочные удары молекул о частицу, попавшую в газ или жидкость.
2. Как влияет температура вещества на броуновское движение? С увеличением температуры скорость движения частиц увеличивается.
3. Наблюдается ли броуновское движение в твердых телах? Да, дрожание стрелок чувствительных приборов.
4. Кто окончательно построил теорию броуновского движения и экспериментально ее подтвердил? Молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном в 1905 г.
БИЛЕТ №21
1. Как определяется химический состав звезд? спектральный анализ их излучения
2. Как определяется качественный состав звезд? спектральный анализ их излучения
БИЛЕТ № 22
3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний
Звуки
Задумайтесь о происхождении звуков - вот стукнула дверь, ударили кулаком по столу, проехала машина, стучат каблучки по полу. Звук всегда вызывается каким-либо механическим движением. Доски,стол, стены, большинство других предметов от толчков не приходят в видимое движение, если только они не очень сильны. Но они способны несколько прогибаться, и в результате возникает их легкое движение вперед-назад (вибрация). Хорошо иллюстрирует природу колебаний туго натянутая струна или резиновый шнур. Предположим, что мы оттянули середину струны гитары из нормального положения. Струна натягивается, и когда мы ее отпустим, она вернется назад, но в момент возвращения в свое нормальное положение она будет двигаться. Продолжая движение, постепенно замедляясь, она остановится, но уже по другую сторону от своего первоначального положения. Теперь струна снова натянута и должна двигаться назад. Со временем, после многих таких колебаний струна вернется в состояние покоя.
Подобным способом происходят колебания твердых упругих предметов, если какой-то участок тела толкнуть и вывести из нормального состояния. Колебания одной части предмета оказывают влияние на остальные части. Колеблющиеся участки тянут и толкают соседние, а те тоже начинают колебаться. В свою очередь, они приводят в движение окружающие их участки и т.д. Таким образом, колебания, созданные в одной точке тела, передаются другим его точкам по всем направлениям, так что через какое-то время колеблются все точки внутри сферы с центром в источнике колебаний. Так распространяется звуковая волна в твердом материале.
Ответьте на вопросы к тексту и выполните задание:
1.Одинакова ли скорость распространения звука в различных твердых материалах? Скорость распространения звука зависит от вида твердого материала
2.Только ли в твердых материалах распространяется звук? В любых средах можем услышать звук (кроме вакуума)
3. Можно ли на Земле услышать гул двигателя космического корабля, пролетающего в открытом космосе? Нет, не можем
4. Получите звуковые колебания на одном из физических приборов.Можно получить звук с помощью камертона
БИЛЕТ № 23
1. Что вы чувствуете, когда протираете кожу своей руки спиртом? Чувствуется охлаждение
2.При одной и той же температуре, когда нам кажется теплее - в сырую погоду или в сухую? В сухую .
3. Когда быстрее растает кусочек льда - закутанный в теплый шарф или положенный на тарелку? На тарелке
4.Каков принцип работы холодильника?
Работа холодильника основана на использовании теплового насоса , переносящего тепло из рабочей камеры холодильника наружу, где оно рассеивается во внешнюю среду .
БИЛЕТ № 24
1.Для чего понижается давление в газоразрядных трубках?Если из трубок, которым можно придать разную форму, откачать воздух до давления порядка десятых и сотых долей миллиметров ртутного столба и на впаянные в трубку электроды подать напряжение порядка нескольких сотен вольт, то в трубке возникает свечение
2.От чего зависит цвет свечения?Если трубка наполнена неоном, возникает красное свечение, аргоном - синевато-зеленое свечение. В лампах дневного света используют разряд в парах ртути
3.Почему при возникшем тлеющем разряде не вся трубка заполнена положительным столбом?При тлеющем разряде почти вся трубка, за исключением небольшого участка возле катода, заполнена однородным свечением, называемым положительным столбом
4.Где применяют трубки с тлеющим разрядом? квантовых генераторах - газовых лазерах.
БИЛЕТ № 25
1. Что объединяло все эти опыты?Во всех опытах стало отсутствовать давление верхних слоев воды на нижние
2. Почему при свободном падении отсутствовало давление внутри падающей системы? (Потому что когда тело падает отсутствует вес, поэтому отсутствует давление)
3. Как называется состояние свободного падения? (Невесомость)
4. Где встречается состояние невесомости? (В лифте во время прыжка))
БИЛЕТ № 26
3. Текст по теме «Электромагнитные поля», содержащий информацию об электромагнитном загрязнении окружающей среды. Задание на определение степени воздействия электромагнитных полей на человека и обеспечение экологической безопасности
Невидимое загрязнение
В последние годы повышенное внимание уделяется вопросам влияния электромагнитных полей на состояние здоровья населения и объекты природной среды. Основным источником электромагнитных полей на Земле является Солнце. Суммарная плотность потока электромагнитной энергии у поверхности Земли составляет 10 -10 - 10 -9 Вт/м 2 в период мощных солнечных вспышек. Использование электромагнитной энергии в различных областях человеческой деятельности привело к тому, что к существующим природному электрическому и магнитному полям добавились электромагнитные поля искусственного происхождения, уровень которых в несколько десятков раз превышает уровень естественного электромагнитного поля.
В последнее время отмечено резкое увеличение количества и видов новой техники, оборудования и устройств, эксплуатация которых сопровождается излучением электромагнитной энергии в окружающую среду. Это оборудование развивающегося радио- и телевизионного вешания, систем подвижной и персональной радиосвязи, энергетическое оборудование, современная бытовая техника, линии электропередачи.
Являясь биологически активным фактором, электромагнитное поле искусственного происхождения оказывает неблагоприятное воздействие на человека и окружающую природную среду, что и было отмечено в 1989 г. Всемирной организацией здравоохранения, включившей этот фактор в число значимых экологических проблем.
Помните, что электромагнитные поля различаются по длине волны и частоте колебаний. Чем короче длина волны, тем больше частота колебаний и наоборот. Их подразделяют на высокочастотные, ультравысокочастотные и сверхвысокой частоты. Биологическая активность электромагнитных излучений возрастает с уменьшением длины волны, что приводит к большей «агрессивности» действия полей радиочастот по сравнению с полями промышленной частоты.
По предварительным оценкам, в России электромагнитному облучению гигиенически значимых уровней подвергаются приблизительно 70 % обшей численности населения, облучаемого вне производственной сферы (проживающие вблизи воздушных линий электропередачи, в домах с электроплитами и т.д.).
Самые опасные -, волны миллиметровые, сантиметровые и дециметровые. По санитарным нормам в диапазоне СВЧ при круглосуточном
Между интенсивностью электромагнитных полей, продолжительностью их воздействия и состоянием здоровья населения имеется однозначная связь. Она выражается в снижении иммунологической реактивности организма, увеличении общей заболеваемости, распространенности болезней органов дыхания, нервной системы, болезней кожи, разрушения сетчатки глаз, увеличения онкологических заболеваний.
Применение американскими полицейскими радиотелефонов, работающих в СВЧ диапазоне, привело к значительному увеличению числа заболеваний раком мозга.
Размещение садовых и дачных участков вблизи ЛЭП и радарных установок приводит к тому, что электромагнитные поля воздействуют на человека не только снаружи, но и внутри здания.
Дети в возрасте до 15 лет в 2.7 раза чаще страдают злокачественными заболеваниями, подвергаясь действию электромагнитного поля с индукцией свыше 0,2 мкТл.
Регулярная работа с компьютером без применения защитных средств приводит к заболеванию органов зрения, к болезням сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта.
Не до конца изучено воздействие ЭМП на сельскохозяйственные объекты.
Недооценка электромагнитных полей как загрязнителя окружающей природной среды привела к ухудшению экологической ситуации в стране. Необходимо научно обосновать нормативные оценки степени загрязнения окружающей среды электромагнитными полями.
Чтобы в дальнейшем обеспечить экологическую безопасность и защитить население и природную среду от повреждающего действия ЭМП, необходимо детальное нормирование уровня электромагнитных полей различных диапазонов в жилых помещениях, общественных зданиях и на прилегающих к источникам ЭМП территориях.
Ответьте на вопросы к тексту.
1.Какие из бытовых приборов создают наиболее опасные электромагнитные поля? поля СВЧ диапазона
2.Почему магнитные поля создаются лишь работающими приборами и установками? (т.к. при выключенном приборе нет тока, который порождает магнитное поле. Зная основные свойства магнитного поля, устанавливаемые экспериментально:
Темы кодификатора ЕГЭ : электризация тел, взаимодействие зарядов, два вида заряда, закон сохранения электрического заряда.
Электромагнитные взаимодействия принадлежат к числу наиболее фундаментальных взаимодействий в природе. Силы упругости и трения, давление газа и многое другое можно свести к электромагнитным силам между частицами вещества. Сами электромагнитные взаимодействия уже не сводятся к другим, более глубоким видам взаимодействий.
Столь же фундаментальным типом взаимодействия является тяготение - гравитационное притяжение любых двух тел. Однако между электромагнитными и гравитационными взаимодействиями имеется несколько важных отличий.
1. Участвовать в электромагнитных взаимодействиях могут не любые, а только заряженные тела (имеющие электрический заряд ).
2. Гравитационное взаимодействие - это всегда притяжение одного тела к другому. Электромагнитные взаимодействия могут быть как притяжением, так и отталкиванием.
3. Электромагнитное взаимодействие гораздо интенсивнее гравитационного. Например, сила электрического отталкивания двух электронов в раз превышает силу их гравитационного притяжения друг к другу.
Каждое заряженное тело обладает некоторой величиной электрического заряда . Электрический заряд - это физическая величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия между объектами природы . Единицей измерения заряда является кулон (Кл).
Два вида заряда
Поскольку гравитационное взаимодействие всегда является притяжением, массы всех тел неотрицательны. Но для зарядов это не так. Два вида электромагнитного взаимодействия - притяжение и отталкивание - удобно описывать, вводя два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные .
Заряды разных знаков притягиваются друг к другу, а заряды разных знаков друг от друга отталкиваются. Это проиллюстрировано на рис. 1 ; подвешенным на нитях шарикам сообщены заряды того или иного знака.
Рис. 1. Взаимодействие двух видов зарядов
Повсеместное проявление электромагнитных сил объясняется тем, что в атомах любого вещества присутствуют заряженные частицы: в состав ядра атома входят положительно заряженные протоны, а по орбитам вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны.
Заряды протона и электрона равны по модулю, а число протонов в ядре равно числу электронов на орбитах, и поэтому оказывается, что атом в целом электрически нейтрален. Вот почему в обычных условиях мы не замечаем электромагнитного воздействия со стороны окружающих тел: суммарный заряд каждого из них равен нулю, а заряженные частицы равномерно распределены по объёму тела. Но при нарушении электронейтральности (например, в результате электризации ) тело немедленно начинает действовать на окружающие заряженные частицы.
Почему существует именно два вида электрических зарядов, а не какое-то другое их число, в данный момент не известно. Мы можем лишь утверждать, что принятие этого факта в качестве первичного даёт адекватное описание электромагнитных взаимодействий.
Заряд протона равен Кл. Заряд электрона противоположен ему по знаку и равен Кл. Величина
называется элементарным зарядом . Это минимальный возможный заряд: свободные частицы с меньшей величиной заряда в экспериментах не обнаружены. Физика не может пока объяснить, почему в природе имеется наименьший заряд и почему его величина именно такова.
Заряд любого тела всегда складывается из целого количества элементарных зарядов:
Если , то тело имеет избыточное количество электронов (по сравнению с количеством протонов). Если же , то наоборот, у тела электронов недостаёт: протонов на больше.
Электризация тел
Чтобы макроскопическое тело оказывало электрическое влияние на другие тела, его нужно электризовать. Электризация - это нарушение электрической нейтральности тела или его частей. В результате электризации тело становится способным к электромагнитным взаимодействиям.
Один из способов электризовать тело - сообщить ему электрический заряд, то есть добиться избытка в данном теле зарядов одного знака. Это несложно сделать с помощью трения.
Так, при натирании шёлком стеклянной палочки часть её отрицательных зарядов уходит на шёлк. В результате палочка заряжается положительно, а шёлк - отрицательно. А вот при натирании шерстью эбонитовой палочки часть отрицательных зарядов переходит с шерсти на палочку: палочка заряжается отрицательно, а шерсть - положительно.
Данный способ электризации тел называется электризацией трением . С электризацией трением вы сталкиваетесь всякий раз, когда снимаете свитер через голову;-)
Другой тип электризации называется электростатической индукцией , или электризацией через влияние . В этом случае суммарный заряд тела остаётся равным нулю, но перераспределяется так, что в одних участках тела скапливаются положительные заряды, в других - отрицательные.
Рис. 2. Электростатическая индукция
Давайте посмотрим на рис. 2 . На некотором расстоянии от металлического тела находится положительный заряд . Он притягивает к себе отрицательные заряды металла (свободные электроны), которые скапливаются на ближайших к заряду участках поверхности тела. На дальних участках остаются нескомпенсированные положительные заряды.
Несмотря на то, что суммарный заряд металлического тела остался равным нулю, в теле произошло пространственное разделение зарядов. Если сейчас разделить тело вдоль пунктирной линии, то правая половина окажется заряженной отрицательно, а левая - положительно.
Наблюдать электризацию тела можно с помощью электроскопа. Простой электроскоп показан на рис. 3 (изображение с сайта en.wikipedia.org).
Рис. 3. Электроскоп
Что происходит в данном случае? Положительно заряженная палочка (например, предварительно натёртая) подносится к диску электроскопа и собирает на нём отрицательный заряд. Внизу, на подвижных листочках электроскопа, остаются нескомпенсированные положительные заряды; отталкиваясь друг от друга, листочки расходятся в разные стороны. Если убрать палочку, то заряды вернутся на место и листочки опадут обратно.
Явление электростатической индукции в грандиозных масштабах наблюдается во время грозы. На рис. 4 мы видим идущую над землёй грозовую тучу.
Рис. 4. Электризация земли грозовой тучей
Внутри тучи имеются льдинки разных размеров, которые перемешиваются восходящими потоками воздуха, сталкиваются друг с другом и электризуются. При этом оказывается, что в нижней части тучи скапливается отрицательный заряд, а в верхней - положительный.
Отрицательно заряженная нижняя часть тучи наводит под собой на поверхности земли заряды положительного знака. Возникает гигантский конденсатор с колоссальным напряжением между тучей и землёй. Если этого напряжения будет достаточно для пробоя воздушного промежутка, то произойдёт разряд - хорошо известная вам молния.
Закон сохранения заряда
Вернёмся к примеру электризации трением - натирании палочки тканью. В этом случае палочка и кусок ткани приобретают равные по модулю и противоположные по знаку заряды. Их суммарный заряд как был равен нулю до взаимодействия, так и остаётся равным нулю после взаимодействия.
Мы видим здесь закон сохранения заряда , который гласит: в замкнутой системе тел алгебраическая сумма зарядов остаётся неизменной при любых процессах, происходящих с этими телами :
Замкнутость системы тел означает, что эти тела могут обмениваться зарядами только между собой, но не с какими-либо другими объектами, внешними по отношению к данной системе.
При электризации палочки ничего удивительного в сохранении заряда нет: сколько заряженных частиц ушло с палочки - столько же пришло на кусок ткани (или наоборот). Удивительно то, что в более сложных процессах, сопровождающихся взаимными превращениями элементарных частиц и изменением числа заряженных частиц в системе, суммарный заряд всё равно сохраняется!
Например, на рис. 5 показан процесс , при котором порция электромагнитного излучения (так называемый фотон ) превращается в две заряженные частицы - электрон и позитрон . Такой процесс оказывается возможным при некоторых условиях - например, в электрическом поле атомного ядра.
Рис. 5. Рождение пары электрон–позитрон
Заряд позитрона равен по модулю заряду электрона и противоположен ему по знаку. Закон сохранения заряда выполнен! Действительно, в начале процесса у нас был фотон, заряд которого равен нулю, а в конце мы получили две частицы с нулевым суммарным зарядом.
Закон сохранения заряда (наряду с существованием наименьшего элементарного заряда) является на сегодняшний день первичным научным фактом. Объяснить, почему природа ведёт себя именно так, а не иначе, физикам пока не удаётся. Мы можем лишь констатировать, что эти факты подтверждаются многочисленными физическими экспериментами.
Задачи урока: объяснить происхождение термина «электричество»; раскрыть механизм электризации тел при соприкосновении; охарактеризовать взаимодействие заряженных тел.Оборудование:демонстрационное –стеклянная, эбонитовая палочки; шерстяной и шёлковый лоскутки, мелкие кусочки бумаги, фольги, пенопласта; воздушные шары, штатив, гильзы из фольги; фронтальное–полиэтиленовая плёнка, пластмассовая линейка, деревянная палочка, резиновая полоска, штатив, нить, гильзы из фольги.
Раздаточный материал: бланки опорных конспектов (ОК, см. с. ??); задания «Проверь себя», схемы-заготовки «Использование, вред и нейтрализация статического электричества».
Оформление класса:портреты Фалеса, М.В.Ломоносова, Б.Франклина, Ш.Дюфе; плакаты «Использование статического электричества», «Вред статического электричества», «Нейтрализация статического электричества».
Ход урока
Учитель. Наблюдая за взаимодействиями между телами, мы замечаем, что они могут происходить как при непосредственном соприкосновении, так и на расстоянии. Пожалуй, самым известным действием тел друг на друга на расстоянии является их гравитационное притяжение. В повседневной жизни падение на Землю какого-нибудь предмета редко вызывает удивление. Неизбежность подобного события делает его обыденным. Другой вид действия на расстоянии, который мы сегодня с вами рассмотрим, может проявляться и как притяжение, и как отталкивание между телами. Тема нашего урока «Этот вездесущий электрический заряд». Наши задачи: выяснить, что такое электрический заряд; ответить, что значит наэлектризовать тело; выяснить виды электрических зарядов; определить экспериментально, при каких условиях происходит электризация тел и каков характер взаимодействия зарядов; обсудить роль электризации в природе.
У каждого на столе лежит бланк – лист с заготовкой будущего опорного конспекта. По ходу изучения темы будем заполнять конспект, который поможет вам подготовиться к следующему уроку. (Рассказ о Фалесе. )
|
Электрические явления каждый раз вызывают интерес и у детей, и у взрослых. Возможно, дело в том, что, с одной стороны, примеры электрических взаимодействий весьма разнообразны и не так хорошо знакомы нам с детского возраста, как притяжение Земли. С другой стороны, здесь у нас большие возможности создавать различные экспериментальные условия, обходясь несложным оборудованием.
Учебный эксперимент 1 (УЭ1)
Демонстрация: взаимодействие стеклянной палочки и шёлкового лоскутка; органического стекла и бумаги; эбонита (каучука с большой примесью серы) и меха (сукна); притяжение тонких струек воды к стеклянной палочке.
Учитель. Что наблюдаем? Как называется наблюдаемое явление? Что значит наэлектризовать тело? Сколько тел участвовали в электризации в каждом опыте? Каким образом мы наэлектризовали тела?
Учащиеся. Притяжение мелких кусочков бумаги к палочкам... Электризация... Сообщить ему электрический заряд... Два... Соприкосновением, трением, увеличиваем площадь соприкосновения тел...
Учебный эксперимент 1 (продолжение УЭ1)
Фронтальный эксперимент: исследование электризации различных тел (приборы и материалы, а также порядок выполнения работы см. в ОК на с. 14).
Учитель. Выполните эксперимент, результаты наблюдений запишите в таблицу ОК. Сделайте выводы по УЭ1 и запишите их в ОК. (Ответы учащихся даны светлым шрифтом. – Ред. )
Заряд возникает везде: при игре в баскетбол, волейбол, сидении на стуле, игре на музыкальных инструментах, когда вы причёсываетесь, листаете книгу, пишите ручкой, при движении автомобиля, при движении пара вверх и т.п. Но почему-то мы не обращаем на него внимания и считаем электризацию редким явлением. Почему же?
(Учащиеся обсуждают и делают вывод: заряд маленький .)
Учебный эксперимент 2 (УЭ2)
Демонстрация: взаимодействие одноимённых и разноимённых зарядов; отталкивание подвешенной на непроводящей нити гильзы из тонкой фольги от пластмассовой (эбонитовой) палочки, натёртой о шерсть, после прикасания к ней (в итоге оба тела заряжаются отрицательно); притягивание такой же гильзы после предварительного прикасания к ней стеклянной палочки, натёртой о шёлк (гильза заряжается положительно), а также пластмассовой (эбонитовой) палочки, натёртой о шерсть (вариант: опыт с воздушными шарами).
Учитель. Что наблюдаем? Чем вызвано различие во взаимодействии наэлектризованных тел?
Учащиеся. Отталкивание в первом случае, притяжение во втором... Разными по знаку зарядами...
Учитель. Электрический заряд, полученный на стеклянной палочке, потёртой о шёлк, отличается от заряда на эбонитовой палочке, потёртой о мех. Заряд стеклянной палочки, потёртой о шёлк, условились называть положительным (+), заряд эбонитовой палочки, потёртой о мех, – отрицательным (–).
Наэлектризованные тела притягиваются, если они заряжены разноимённо, и отталкиваются, если они заряжены одноимённо. (Рассказывает о Ш.Дюфе и Б.Франклине. )
|
|
Пожалуй, самым оригинальным образом доказывал существование двух видов зарядов англичанин Роберт Симмер (1707–1763). Он обратил внимание на необычное поведение своих шерстяных и шёлковых чулок. Снятые вечером чёрные шерстяные и белые шёлковые чулки эффектно раздувались, принимая форму ноги, если только лежали порознь. При размещении одного чулка внутри другого они принимали обычный вид. Поднесённые друг к другу, все четыре чулка причудливо переплетались, подобно змеям. Основываясь на своих наблюдениях, Симмер стал рьяным сторонником теории двух видов зарядов, за что был прозван современниками «раздутым философом». Но он оказался прав. Выражаясь современным языком, его шёлковые чулки имели отрицательные, а шерстяные – положительные заряды. Этим и объяснялось их поведение.
Учебный эксперимент 2 (продолжение УЭ2)
Фронтальный эксперимент: исследование характера электризации различных тел (приборы и материалы , а также порядок выполнения работы см. в ОК, с. 14).
Учитель. Выполните эксперимент 2, результаты сведите в таблицу ОК, сделайте выводы и запишите их в ОК.
Мы сегодня экспериментально изучили явление накопления электрических зарядов, т.е. статическое электричество. Вот как описывает поэт один из видов статического электричества (читает отрывок из стихотворения Е.Б.Кульман *). (
* См. № 1/06, с. 18. Елизавета Борисовна Кульман (1808–1825) с детских лет отличалась поразительной одарённостью, переводчица, владевшая 14 языками и умершая в 17 лет от простуды, полученной во время очередного петербургского наводнения. Поэзия Кульман вдохновила одного из крупнейших композиторов мира Р.Шумана : в 1851 г. он сочинил на стихи Кульман два вокальных цикла. Благодаря этим шумановским опусам петербургская поэтесса вошла в историю мировой культуры. – Ред .)Молния – это величественное и грозное явление природы, невольно вызывающее чувство страха. Долгое время человек не умел объяснять причин грозовых явлений. Люди считали грозу деянием богов, наказывающих человека за грехи. Природа молнии стала проясняться после исследований, проведённых в ХVIII столетии М.Ломоносовым, Г.Рихманом и Б.Франклином.
Объяснение М.В.Ломоносова было таким. В земной атмосфере воздух находится в постоянном движении. Благодаря трению восходящих и нисходящих воздушных потоков друг о друга частички воздуха электризуются и, сталкиваясь с капельками воды в облаках, отдают им свой заряд. Таким образом, в облаках со временем скапливаются весьма большие заряды. Они-то и являются причиной молний. Пытаясь зарядить «небесным» электричеством во время грозы железный стержень, погиб помощник Ломоносова Георг Рихман. Сам Ломоносов во время подобных опытов тоже не раз подвергался смертельной опасности. Но новое влекло неудержимо. Недаром он записал в дневнике: «Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рождённых только воображением».
На другом конце земного шара, в Америке, в те же годы работал учёный столь же разносторонний, как Ломоносов, – Бенджамен Франклин. Русский и американский исследователи не были знакомы друг с другом, но их роднило многое. Оба, например, писали остроумные стихи, увлекались искусством и примерно в одно и то же время занялись изучением... атмосферного электричества. К счастью, очень рискованные опыты Франклина окончились благополучно для него. Ведь он тоже вызывал молнию на себя, запуская во время грозы высоко в небо воздушного змея на влажной бечёвке. «Вода проводит электричество, и если молния имеет электрическую природу, то она спустится, – подумал Франклин, – по мокрой верёвке». И молния действительно послушно ударила в землю рядом с Франклином!
Мы постоянно находимся в океане электрических разрядов, создаваемых многочисленными машинами, станками и самим человеком (например, когда мы ходим, причёсываемся). Эти разряды, конечно, не такие мощные, как природные молнии, поэтому мы не замечаем их, если не считать лёгких уколов, которые иногда испытываем, коснувшись рукой металлического предмета или другого человека. Но ведь такие разряды существуют и могут так же, как и большие молнии, вызывать пожары и взрывы, приводить к значительным убыткам, повреждениям и увечьям, если мы не будем знать, отчего они возникают и как от них защищаться.
Использование статического электричества и борьба с ним (по схемам)
Оно может служить человеку:
в лечебных целях – электростатический душ, положительно воздействующий на весь организм, электроаэрозоли для лечения органов дыхания;
для очистки воздуха от пыли, сажи, кислотных и щелочных паров – электростатический фильтр;
для размножения чертежей, графиков, текстов – электрокопировальные устройства (в частности, ксерокс); для быстрой и прочной окраски тканей;
для копчения рыбы – электрокамеры, где конвейер с рыбой, заряженной положительно, движется под электродами, заряженными отрицательно; такое копчение происходит в десятки раз быстрее, чем обычным способом.
Статическое электричество может причинять вред как на производстве, так и в быту, так что зачастую с ним приходится бороться. Так, при трении о воздух самолёт электризуется, поэтому после посадки к нему нельзя сразу же приставлять металлический трап: может возникнуть разряд, который вызовет пожар. Сначала самолёт разряжают, для чего опускают на землю металлический трос, соединённый с обшивкой самолёта, и заряд уходит в землю. Микроразряды возникают, когда вы ходите по полу, покрытому полимерным покрытием, или снимаете синтетическую одежду.
Чтобы нейтрализовать вредное действие статического электричества:
на производстве заземляют станки и машины, увлажняют воздух, используют специальные нейтрализаторы зарядов;
дома увлажняют помещения, используют специальные добавки к воде при мытье полов, сбрызгивают антистатиком одежду.
Давайте посмотрим на содержание нашего ОК и повторим материал: о каких явлениях мы сегодня говорили? что значит наэлектризовать тело? Приведите примеры возникновения электрического заряда (игра в баскетбол, волейбол, «ёрзание» на стуле, игра на музыкальных инструментах, причёсывание, листание книг, письмо ручкой, движение шин по асфальту, движении пара вверх и т.п.). Почему же мы не обращаем на него внимания и считаем редким явлением? Назовите виды электрических зарядов. Как можно наэлектризовать тело? Каков характер взаимодействия заряженных тел? Расскажите о роли электризации в природе.
Проверим полученные знания (решение задач силлюстрацией условий фрагментами из мультфильмов или рисунками)
1.Аладдин поглубже запахнул полы своего единственного шёлкового халата, обмотался своим единственным шерстяным шарфом и опустился в холодное подземелье, где нашёл странную лампу: одна её часть была стеклянной, а другая – из янтаря. На лампе были написаны странные слова и символы:
«Лампа (+) + добрый джин три желания»;
«Лампа (–) злой джин ...».
Что должен сделать Аладдин?
(Ответ. Потереть стекло о халат для получения положительного заряда.)
2.При правильном ответе А покажите красную карточку, Б – синюю, В – зелёную.
1. В каком случае взаимодействие зарядов указано правильно?
2. Известно, что натиранием о шерсть заряжаются палочки из резины, серы, эбонита, пластмассы, капрона. Заряжается ли при этом шерсть?
А) Да, т.к. в электризации трением всегда участвуют два тела и при этом электризуются оба;
Б) хотя в электризации трением участвуют два тела, в опытах всегда используются только палочки. Поэтому можно считать, что заряжаются только палочки.
3. Как взаимодействуют друг с другом две эбонитовые палочки, наэлектризованные трением о мех?
4. Как взаимодействуют друг с другом две стеклянные палочки, наэлектризованные трением о шёлк?
5. Как взаимодействуют друг с другом эбонитовая палочка, наэлектризованная трением о мех, и стеклянная палочка, наэлектризованная трением о шёлк?
6. Какое действие друг на друга оказывают два одинаковых тела, получивших заряд от эбонитовой палочки?
7. Какое действие друг на друга оказывают два одинаковых тела, получивших заряд от стеклянной палочки?
8. Какое действие оказывает тело, получившее заряд от эбонитовой палочки, на тело, получившее заряд от стеклянной палочки?
9. Какое действие оказывают друг на друга наэлектризованные обычным способом стеклянные палочки?
10. Какое действие оказывает эбонитовая палочка на стеклянную палочку, если их наэлектризовать обычным способом (натиранием стекла о шёлк, эбонита – о мех)?
11. Составьте тексты из фраз А , Б , В .
| А1 | Б... | В... |
| А2 | Б … | В … |
| А3 | Б … | В … |
А: 1. Две эбонитовые палочки, потёртые о мех...
2. Две стеклянные палочки, потёртые о шёлк...
3. Стеклянная палочка, потёртая о шёлк, и эбонитовая палочка, потёртая о мех...
Б: 1. ...имеют заряды разного знака.
2. ...имеют заряды одного знака.
В: 1. ...поэтому они отталкиваются друг от друга.
2. ...поэтому они притягиваются друг к другу.
12. Отгадайте слово:
Эточастица, обладающая, по мнению Франклина,положительным зарядом: 1 – наука о природе (первая буква); 2 – русский учёный, внёсший большой вклад в изучение электричества (первая буква); 3 – знак электрического заряда на стеклянной палочке при её трении о шёлк (третья буква); 4 – знак электрического заряда на эбонитовой палочке при её трении о шерсть (вторая буква); 5 – учёный, впервые аргументированно отстаивавший точку зрения о двух видах электрических зарядов (первая буква).
Ответ: флюид.
Учитель. Все, кто допустил ошибки при выполнении заданий, ещё раз просмотрите ОК и материал учебника.
Как вы оцениваете свою работу на уроке? Спасибо!
Литература
Балашов М.М. О природе: Книга для учащихся. – М.: Просвещение, 1991.
Буров В.А., Иванов А.И ., Свиридов В.И . Фронтальные экспериментальные задания по физике. 9-й класс. – М.: Просвещение, 1986.
Буров В.А., Кабанов С.Ф ., Свиридов В.И. Фронтальные экспериментальные задания по физике в 6–7-х классах. – М.: Просвещение, 1981.
Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – М.: Просвещение, 1985.
Книга для чтения по физике: Сост. И.Г.Кириллова. – М.: Просвещение, 1986.
Колтун М. Мир физики. – М.: Детская литература, 1984.
Луппов Г.Д. Молекулярная физика и электродинамика в опорных конспектах и тестах. – М.: Просвещение, 1992.
Пеннер Д.И., Худайбердиев А . Программированные задания по физике для 6–7-х классов. – М.: Просвещение, 1985.
Пёрышкин А.В. Физика-8. – М.: Дрофа, 2001.
Усольцев А.П. Задачи по физике на основе литературных сюжетов. – Екатеринбург: У-Фактория, 2003.
У Ирины Ивановны Жалыбиной две замечательные профессии: одна – педагог, соединяющая в себе интеллект учёного, талант актёра, выдержку разведчика, осмотрительность сапёра, гибкость дипломата; другая объединяет в себе жену, маму и дочь. Это самая замечательная профессия. «Я счастлива от того, что утром с радостью иду в школу, а вечером, довольная, возвращаюсь домой, к своей семье – к любимому и терпеливому мужу, к замечательной маме и к двум прекрасным дочуркам – двенадцати лет и одного годика».
