Делимость электрического заряда электрон строение атома. Электрическое поле: деление электрического заряда и электроскоп. Тема: Электрические явления

Согласно учению Фарадея и Максвелла в пространстве, где находится электрический заряд, существует электрическое поле. Майкл Фарадей английский физик и химик (22 сентября августа 1867) Джеймс Клерк Максвелл известный английский физик (13 июня ноября 1879)

Наэлектризованные тела взаимодействуют друг с другом на расстоянии – притягиваются и отталкиваются как в пространстве, где имеется воздух, так и вакууме. В пространстве вокруг электрического заряда существует электрическое поле. Электрическое поле можно изобразить графически с помощью силовых линий электрического поля, которые имеют направление.

Сила, с которой электрическое поле действует на внесенный в него электрический заряд, называется электрической силой Вблизи заряженных тел действие поля сильнее, а при удалении от них поле ослабевает.

Пусть левый электроскоп заряжен, а правый – нет. Соединим электроскопы проволокой. Мы увидим, что заряд поровну распределится между приборами. Убрав проволоку и коснувшись правого электроскопа рукой, мы заставим его заряд перейти внутрь нашего тела. После этого опять соединим электроскопы проволокой. Так можно поступать сотни раз: заряд будет делиться на все более мелкие части. Однако американский физик Р.Милликен и советский физик А.Ф. Иоффе опытами установили, что заряд любого тела можно делить не бесконечно.

Q –электрический заряд (Кл) КУЛОН Шарль Огюстен (14 июня августа1806) Французский физик и инженер.

>>Физика: Электроскоп Делимость электрического заряда

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку,

Электрический заряд можно передать от одного тела к другому. Для этого нужно коснуться наэлектризованным телом другого тела, и тогда часть электрического заряда перейдет на него. На рисунке 8, а изображен прибор, с помощью которого можно выяснить, наэлектризовано ли тело. Он называется электроскопом . В электроскопе через пластмассовую пробку, вставленную в металлическую оправу, пропущен металлический стержень, на конце которого подвешены два легких листочка. Оправа с обеих сторон закрыта стеклами.

Проведем наэлектризованной палочкой по стержню электроскопа. Листочки получат заряды одинакового знака (того, что был на палочке) и разойдутся (рис. 8, б). Угол расхождения листочков зависит от заряда, который был им сообщен. Чем больше этот заряд, тем сильнее они будут отталкиваться друг от друга и потому тем на больший угол они разойдутся. И наоборот, уменьшение угла расхождения листочков свидетельствует об уменьшении электрического заряда.

На рисунке 9 изображен другой прибор, называемый электрометром. Вместо листочков внутри его находится стрелка. При сообщении стержню А (или металлическому шару, надетому на этот стержень) заряда часть его (того же знака) переходит на стрелку В. Отталкиваясь от стержня, стрелка поворачивается на некоторый угол. По изменению этого угла можно судить об увеличении или уменьшении электрического заряда.

Если коснуться заряженного предмета (например, шара электрометра) рукой, то этот предмет разрядится. Через руку электрический заряд уйдет в наше тело и распределится по его поверхности. То же самое произойдет и в том случае, если мы дотронемся до шара электрометра не рукой, а металлической линейкой.

Тела, через которые способны проходить электрические заряды, называют проводниками электричества. Тело человека, металлы, а также растворы солей и кислот в воде и почва являются хорошими проводниками. И наоборот, такие вещества, как янтарь, стекло, резина, фарфор, эбонит, пластмасса, шелк, капрон, керосин, воздух, при обычных условиях не проводят электричества и потому называются непроводниками или диэлектриками . Из диэлектриков изготавливают изоляторы. (Строго говоря, диэлектрики тоже проводят электричество. Однако электрический заряд, проходящий через диэлектрик за данное время, намного меньше того заряда, который при таких же условиях проходит через проводники, и потому утечка заряда часто бывает незаметной.)

Обратимся к опыту. Возьмем два одинаковых электрометра и один из них зарядим (рис. 10, а). Если соединить эти электрометры стеклянной палочкой, то никаких изменений не произойдет. Это подтверждает, что стекло является диэлектриком. Если же для соединения электрометров использовать металлический стержень А (рис. 10, б), держа его за непроводящую электричество ручку В, то мы увидим, что первоначальный заряд разделится на две равные части: половина заряда перейдет с первого шара на второй. (Если бы второй шар был больше первого, то на него перешло бы больше половины заряда: чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него переходит. На этом основано заземление - передача заряда Земле. Земной шар велик по сравнению с телами, находящимися на нем. Поэтому при соприкосновении с Землей заряженное тело отдает ей почти весь свой заряд и становится практически нейтральным.)
10

Продолжим опыт. Разъединим электрометры и коснемся второго шара рукой. От этого он потеряет заряд - разрядится. Соединим его снова с первым шаром, на котором осталась половина первоначального заряда. Оставшийся заряд снова разделится на две равные части, и на первом шаре останется четвертая часть первоначального заряда. Таким же образом можно получить одну восьмую часть, одну шестнадцатую часть первоначального заряда и т.д.

Возникают вопросы: до каких пор можно уменьшать заряд? Существует ли предел деления электрического заряда? Чтобы выяснить это, понадобилось выполнить более сложные и точные опыты, чем описанный выше, так как очень скоро оставшийся на шаре заряд оказывается столь малым, что обнаружить его при помощи школьного электрометра не удается.

Более точные опыты показали, что электрический заряд нельзя уменьшать бесконечно: он имеет предел делимости. Абсолютную величину (модуль) наименьшего заряда обозначают буквой е и называют элементарным зарядом :

e = 0,00000000000000000016 Кл = 1,6 · 10 -19 Кл.

Этот заряд в миллиарды раз меньше того, что обычно получают в опытах по электризации тел трением.

1. Для чего применяют электроскопы и электрометры? 2. Как, располагая заряженным электрометром и предметами из различных веществ, можно установить, какие из них являются проводниками, а какие нет? 3. Приведите примеры проводников. 4. Какие вещества называют диэлектриками? Приведите примеры. 5. Опишите опыт, позволяющий осуществить деление заряда. 6. Можно ли уменьшать заряд бесконечно? 7. Что такое заземление? На каком свойстве оно основано? 8. Какой заряд называют элементарным?

Если вы походили в одежде из синтетической ткани, то очень вероятно, что вскоре вы ощутите не очень приятные последствия от такого занятия. Ваше тело наэлектризуется и, здороваясь с другом или дотрагиваясь до дверной ручки, вы ощутите острый укол тока.

Это не смертельно и не опасно, но не очень-то приятно. Каждый хотя бы раз в жизни сталкивался с подобным явлением. Но частенько мы узнаем, что наэлектризовались, уже по последствиям. Можно ли узнать, что тело наэлектризовано каким-нибудь более приятным способом, чем укол тока? Можно.

Для чего нужны электроскоп и электрометр?

Самый простой прибор для определения наэлектризованности – электроскоп. Принцип действия его очень прост. Если дотронуться до электроскопа телом, обладающим каким-либо зарядом, то этот заряд передастся металлическому стержню с лепестками внутри электроскопа. Лепестки приобретут заряд одного знака и разойдутся, отталкиваемые одноименным зарядом друг от друга. По шкале можно будет увидеть размер заряда в кулонах. Есть еще разновидность электроскопа – электрометр. Вместо лепестков на металлическом стержне в нем укреплена стрелка. Но принцип действия тот же – стержень и стрелка заряжаются и отталкиваются друг от друга. Величина отклонения стрелки показывает на шкале уровень заряда.

Деление электрического заряда

Возникает вопрос – если заряд может быть разным, значит, существует какая-то величина наименьшего заряда, который нельзя разделить? Ведь можно же уменьшать заряд. Например, соединив заряженный и незаряженный электроскопы проволокой, мы разделим заряд поровну, что и увидим на обоих шкалах. Разрядив один электроскоп рукой, вновь разделим заряд. И так до тех пор, пока величина заряда не станет меньше минимального деления шкалы электроскопа. Применив приборы для более тонкого измерения, удалось установить, что деление электрического заряда не бесконечно. Величину наименьшего заряда обозначают буквой е и называют элементарным зарядом. e=0,00000000000000000016 Кл=1,6*(10)^(-19) Кл (Кулона). Эта величина в миллиарды раз меньше величины заряда, который мы получаем, наэлектризовав волосы расческой.

Сущность электрического поля

Еще один вопрос, который возникает при изучении явления электризации, заключается в следующем. Чтобы передать заряд, нам надо прикоснуться непосредственно наэлектризованным телом к другому телу, но чтобы заряд подействовал на другое тело, непосредственный контакт не нужен. Так, наэлектризованная стеклянная палочка притягивает к себе кусочки бумаги на расстоянии, не дотрагиваясь до них. Может, это притяжение передается по воздуху? Но опыты показывают, что в безвоздушном пространстве эффект притяжения остается. Что же это тогда?

Это явление объясняют существованием вокруг заряженных тел определенного вида материи – электрического поля. Электрическому полю в курсе физики 8 класса дают следующее определение: электрическое поле – это особый вид материи, отличающейся от вещества, существующий вокруг каждого электрического заряда и способный действовать на другие заряды. Честно говоря, до сих пор нет однозначного ответа, что это такое, и каковы его причины. Все, что мы знаем об электрическом поле и его воздействии, установлено опытным путем. Но наука движется вперед, и хочется верить, что и данный вопрос когда-нибудь разрешится до полной ясности. Тем более, что хотя мы и не до конца понимаем природу существования электрического поля, тем не менее, мы уже довольно неплохо научились использовать это явление на благо человечества.

На данном уроке мы рассмотрим вопросы, связанные с делимостью электрического заряда. То есть рассмотрим, до какой же степени можно разделить электрический заряд. Также мы познакомимся с наименьшим носителем электрического заряда, который известен на сегодняшний день - с электроном. Мы рассмотрим планетарную модель строения атома, предложенную Резерфордом, а также поймём природу возникновения зарядов у различных тел и веществ.

Тема: Электрические явления

Урок: Делимость электрического заряда. Строение атома

Данный урок посвящён делимости электрического заряда. Нам предстоит ответить на вопрос, существует ли минимальный электрический заряд, а также познакомиться со строением атома.

На предыдущих уроках мы выяснили существование электрических зарядов, а также принципы их взаимодействия.

И вот теперь мы подошли к вопросу, что же такое электрический заряд. Ответ был найден учеными далеко не сразу. Существовало множество теорий. И только в конце XIX века физики пришли к окончательному ответу на этот важнейший с точки зрения науки вопрос.

До этого предполагали, что тела заряжаются из-за движения специальной заряженной жидкости: якобы, когда она покидает тело, то оно заряжается отрицательно, а когда попадает в него, то наоборот. По другой теории, внутри тела находилось всегда сразу две жидкости. Если одна из них вытекала, то другая оказывалась в избытке, что и приводило к появлению электрического заряда.

Чтобы разобраться с электрическим зарядом, нам необходимо дать ответ на следующий вопрос: до какой степени можно делить электрический заряд? Чтобы понять суть этого вопроса, рассмотрим следующий эксперимент.

Возьмём два незаряженных электрометра.

Также возьмём стеклянную палочку и потрём её о бумагу. Как мы уже знаем из предыдущих уроков, палочка приобретёт заряд.

Сообщим теперь с помощью наэлектризованной палочки заряд одному из электрометров.

Теперь возьмём металлический стержень (на изолированной ручке) и соединим с помощью него шары обоих электрометров. Как мы уже знаем, в результате заряд разделится между электрометрами.

Снимем заряд со второго электрометра (опять же, мы уже знаем, как это делается: достаточно просто прикоснуться к шару электрометра пальцем).

Повторим эксперимент. Ситуация повторится с той лишь разницей, что заряд на первом электрометре уменьшился приблизительно в 2 раза (он перешёл на второй электрометр, откуда мы его «забрали»).

И снова снимем заряд со второго электрометра. И снова заряд на первом электрометре уменьшился практически в 2 раза.

Возникает вопрос, до каких пор мы можем повторять указанные действия? Электрометры не позволяют нам ответить на этот вопрос, так как являются достаточно неточными приборами с большой погрешностью в измерениях.

Как же поступили физики в этой ситуации?

Ответ на поставленный вопрос практически одновременно и независимо друг от друга дали два учёных - американский физик Р. Э. Милликен (Рис. 1) и русский физик А. Ф. Иоффе (Рис. 2), поэтому их опыты так и называются: опыты Иоффе-Милликена.

Рис. 1. Р. Э. Милликен ()

Рис. 2. А. Ф. Иоффе ()

Иоффе и Милликен независимо друг от друга с помощью определённых приборов сумели определить заряд электрона - мельчайшей частицы, до которой можно делить электрический заряд.

Милликену, в частности, удалось определить и массу этой элементарной частицы.

В конце XIX века благодаря исследованию ядерных превращений удалось открыть частицу - электрон . Такое название она получила вследствие того, что обладает минимальным электрическим зарядом.

В результате опытов Иоффе-Милликена стало известно, что масса электрона равна , а его заряд (который условились считать отрицательным) равен

. Обозначается это так:

;

Это характеристики самой маленькой частицы, обладающей электрическим зарядом. До более мелких значений электрический заряд разделить не удалось. Поэтому заряд электрона - минимальный электрический заряд. Все остальные заряды кратны заряду электрона (то есть делятся на него без остатка). Это означает, что, к примеру, заряд не может быть равен .

В качестве обозначения единицы заряда мы указали «Кл» - Кулон . Названа эта единица измерения в честь французского учёного Шарля Кулона (Рис. 3), который вывел закон о взаимодействии электрических зарядов. Кулон показал, что чем больше расстояние между зарядами, тем меньше сила их взаимодействия, а чем больше по модулю величины зарядов, тем эта сила больше.

Рис. 3. Шарль Кулон ()

Отметим немаловажный факт: и заряд, и масса электрона крайне малые величины (сравнительно, конечно же).

Важно также помнить, что электрический заряд не существует отдельно от вещества. Если нет частицы - нет и заряда. Обратная ситуация возможна: частица может быть незаряженной, то есть существовать без заряда, а вот заряд без частицы - никогда.

Следующий шаг в изучении электрических зарядов состоял в том, чтобы понять, как расположены электрические заряды внутри вещества. Мы знаем, что все тела состоят из атомов и молекул. Из этого можно сделать вывод, что электрон каким-то образом связан с атомом.

Существовало много теорий о том, что же такое атом. Одни учёные считали, что он напоминает булку с изюмом ()Рис. 4.

Рис. 4. Модель атома Томсона () ()

То есть, положительный заряд - это сама булка, а изюм - это электроны. Поэтому атом заряда не имеет (как и должно быть, ведь если вещество не наэлектризовано, то оно заряда не имеет).

Другие учёные считали, что атом напоминает орех: есть скорлупа, внутри которой находятся положительные и отрицательные заряженные частицы (Рис. 5).

Рис. 5. Иллюстрация к модели атома в виде ореха ()

Вообще, существовало множество теорий, каждая из которых объясняла те или иные известные на тот момент свойства атома.

Наконец, английский учёный Эрнест Резерфорд (Рис. 6) провёл опыт, который позволил установить, как же всё-таки устроен атом.

Рис. 6. Э. Резерфорд ()

С помощью уже открытых тогда свойств радиоактивности ему удалось определить, что атом - некое подобие планетарной системы. Как мы знаем, в центре Солнечной системы находится Солнце, вокруг которого по орбитам вращаются планеты. Такую же модель Резерфорд предложил для атома (Рис. 7).

В центре атома расположено массивное, положительно заряженное ядро, а вокруг ядра по своим орбитам движутся электроны. При этом скорость движения электронов очень большая.

В целом, из опытов следовало, что атом электронейтрален, а всё изменение заряда тела обеспечивается движением электронов. То есть если в наших опытах тела приобретали заряд, то это связано не с положительно заряженным ядром, а с движением отрицательно заряженных электронов. Если электроны от тела «уходят», то тело заряжается положительно (так как «ушли» отрицательно), а если, наоборот, электроны к телу «приходят», то тело заряжается отрицательно.

Рис. 7. Модель атома Резерфорда ()

Рассмотрим схему строения атома, которую предложил Резерфорд, более подробно на примере атомов гелия и водорода.

1. Схема строения атома гелия

Атом гелия состоит из ядра, в котором находятся 2 положительно заряженные частицы (протоны) и 2 нейтрально заряженные частицы (нейтроны) , заряд нейтронов равен 0 (Рис. 8). Вокруг атома движутся по своим орбитам 2 электрона.

В целом заряд атома равен 0.

Если мы от этого атома один из электронов удалим, то атом станет положительно заряженным ионом . Если же наоборот - добавить электрон, то получим отрицательно заряженный ион .

Рис. 8. Атом гелия ()

2. Схема строения атома водорода

Водород - самый простой по своему строению элемент. Ядро состоит всего из одного протона, а вокруг ядра вращается один электрон. Атом водорода также в целом электронейтрален (Рис. 9).

Рис. 9. Атом водорода ()

Говоря, что тело (вещество) не имеет заряда, мы не имеем в виду, что внутри тела (вещества) нет электронов. Они есть, но их заряд компенсируется положительно заряженными частицами. Если тело приобретает заряд, то это означает, что к телу «пришли» или «ушли» электроны.

Об опытах Резерфорда мы будем более подробно говорить в старшей школе. Сам Резерфорд считал, что эксперименты должны быть простыми, чёткими и понятными каждому.

Однако объяснить строение атома достаточно сложно. В частности, нам предстоит ответить на непростой вопрос: почему отрицательно заряженные электроны не притягиваются к положительно заряженным протонам ядра и не падают на ядро.

На следующем уроке мы познакомимся с объяснением некоторых электрических явлений.

Список литературы

1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. - М.: Мнемозина.
2. Перышкин А. В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

1. Фестиваль педагогических идей «Открытый урок» ().
2. Уроки ().

Домашнее задание

1. П. 29-30, вопросы 1-4 - стр. 68, вопросы 1-5 - стр. 69, упр. 11. Перышкин А. В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
2. В ядре атома натрия 11 протонов. Сколько электронов обращается вокруг ядра? Во что превратится атом натрия, если он потеряет один электрон?
3. Что имеет большую массу: атом лития или положительный ион лития? Атом хлора или отрицательный ион хлора?
4. Во что превратится атом натрия, если «убрать» из его ядра один протон, не изменяя количества электронов?