Почему интенсивность взаимодействиязависит от расстояния

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.

Интенсивность известных нам взаимодействий зависит от энергий участвующих во взаимодействиях частиц и расстояний между ними, и частично эта зависимость определяется виртуальными частицами. Например, интенсивность электромагнитного взаимодействия меньше, когда два электрона удалены на большее расстояние друг от друга. (Напомним, что это квантово-механическое уменьшение существует дополнительно к классической зависимости электромагнетизма от расстояния.) Следствия, к которым приводят виртуальные частицы и зависимость взаимодействий от расстояния, вполне реальны; теоретические предсказания и эксперименты очень хорошо согласуются друг с другом.
Причина того, что параметры эффективной теории, например интенсивность взаимодействий, зависят от энергий и расстояния между участвующими частицами, вытекает из свойства квантовой теории поля, которое физик Джонатан Флинн шутливо назвал анархическим принципом *. Этот принцип следует из квантовой механики, которая утверждает, что все взаимодействия частиц, которые могут случиться, случаются. В квантовой теории поля все, что не запрещено, произойдет.
Назовем путем каждый отдельный процесс, в котором участвует конкретная группа физических частиц. Путь может как включать, так и не включать виртуальные частицы. Если верно первое, будем называть путь квантовым вкладом. Квантовая механика утверждает, что в результирующую интенсивность взаимодействия вносят вклад все возможные пути. Например, физические частицы могут превращаться в виртуальные частицы, которые, в свою очередь, могут взаимодействовать друг с другом и затем превращаться в другие физические частицы. В таком процессе могут вновь возникнуть первоначальные физические частицы или эти частицы могут превратиться в другие физические частицы. И хотя виртуальные частицы не могут долго существовать, что не позволяет нам непосредственно их наблюдать, они влияют на то, как реальные наблюдаемые частицы взаимодействуют друг с другом.
Попытку уберечь виртуальные частицы от участия во взаимодействии можно сравнить с такой ситуацией: допустим, вы поделились секретом с одним вашим приятелем и надеетесь, что этот секрет не достигнет ушей другого вашего приятеля. Вы знаете, что рано или поздно кто-нибудь из «промежуточных виртуальных» приятелей выдаст ваш секрет и расскажет его этому другому приятелю. Даже если вы уже сами рассказали ему, в чем дело, сам*факт, что ваши виртуальные приятели обсуждали с ним ваш секрет, будет влиять на его мнение о предмете. На самом деле его мнение будет суммой мнений всех, с кем он разговаривал.
В передаче взаимодействий между физическими частицами играют роль не только прямые взаимодействия между ними, но и непрямые взаимодействия,
1 Это модифицированная версия термина «тоталитарный принцип», введенного Мюрреем Гелл- Манном, однако мне кажется, что «анархический принцип» лучше отражает физику явления, к которому он применяется.
содержащие виртуальные частицы. Точно так же, как на мнение вашего приятеля оказывают влияние мнения всех разговаривавших с ним, окончательное взаимодействие между частицами есть сумма всех возможных вкладов, включая вклады от виртуальных частиц. Поскольку важность вклада виртуальных частиц зависит от расстояний, интенсивность взаимодействий также зависит от расстояния.
Метод ренормализационной группы дает точные указания, как вычислить вклад виртуальных частиц в любое взаимодействие. Все вклады промежуточных виртуальных частиц суммируются, и это либо усиливает, либо ослабляет интенсивность взаимодействий калибровочных бозонов.
Непрямые взаимодействия играют более важную роль, когда взаимодействующие частицы находятся дальше друг от друга. Большее расстояние аналогично тому, что вы рассказываете свой секрет большему числу «виртуальных» приятелей. Хотя вы не можете быть уверены в том, что каждый отдельный приятель выдаст ваш секрет, но чем большему количеству приятелей вы расскажете его, тем больше вероятность, что кто-то «проколется». Всякий раз, когда существует путь, по которому виртуальные частицы могут дать вклад в полную интенсивность взаимодействия, квантовая механика гарантирует, что это произойдет. При этом величина влияния виртуальных частиц на интенсивность взаимодействия зависит от расстояния, на которое распространяется сила взаимодействия.
Однако реальные вычисления по методу ренормализационной группы еще умнее, так как они также суммируют вклады бесед приятелей друг с другом. Более ясная аналогия со вкладами за счет виртуальных частиц напоминает пути документа, проходящего сквозь большое бюрократическое учреждение. Если человек, находящийся на вершине иерархии, посылает письмо, оно немедленно проходит сквозь учреждение. Но послания кого-то, находящегося на более низком уровне иерархии, будут подвергнуты проверке его начальниками. Если письмо исходит от кого-то, находящегося на еще более низком уровне, оно сначала может быть втянуто в бюрократическую машину и пройти все ее уровни, прежде чем в конце концов достигнет места назначения. В этом случае бюрократы на каждом уровне будут рассылать документ всем работникам своего уровня, прежде чем послать его последовательно на более высокий уровень. Только достигнув верхних эшелонов, документ будет выпущен из учреждения. То послание, которое возникнет в этом случае, будет, вообще говоря, не совпадать с оригиналом, а представлять собой документ, многократно профильтрованный многоэтажной бюрократической машиной.
Если представить себе виртуальные частицы как чиновников, причем чиновник верхнего уровня соответствует виртуальной частице большей энергии, то письмо с высокого уровня будет немедленно передано адресату, а документы с более низких уровней должны будут пройти много стадий. Квантово-механический вакуум - это «бюрократическое учреждение», с которым сталкивается фотон. Каждое взаимодействие изучается промежуточными виртуальными частицами со все меньшей энергией. Как и в бюрократической системе, возможны отклонения на всех уровнях (или расстояниях). Некоторые пути будут обходить бюрократические препоны, создаваемые виртуальными частицами, другие будут включать виртуальные частицы, путешествующие на все более далекие расстояния. Передача информации на все меньшие расстояния (все большие энергии) сталкивается со все меньшим количеством виртуальных процессов по сравнению с теми, которые встречаются на больших расстояниях.

цщдЗЛ поправка за счет виртуальных частиц к процессу электрон-позитронного рассеяния. Глядя на диаграмму слева направо: электрон и позитрон аннигилируют в фотон, который, в свою очередь, превращается в виртуальную электрон-позитронную пару, а эта пара опять превращается в фотон, который снова превращается в электрон и позитрон, таким образом, промежуточные виртуальные электрон и позитрон влияют на интенсивность электромагнитного взаимодействия
Однако между виртуальными процессами и бюрократическим учреждением имеется существенное различие. В бюрократическом учреждении каждое конкретное послание проходит по своему пути, независимо от того, насколько он сложен. С другой стороны, квантовая механика утверждает, что может существовать много путей. При этом она настаивает на том, что средняя интенсивность взаимодействия равна сумме вкладов от всех возможных путей, которые только могут существовать.
Рассмотрим фотон, распространяющийся от одной заряженной частицы к другой. Так как он может по дороге превращаться в виртуальные электрон-позитрон- ные пары (см. рис. 60), квантовая механика утверждает, что когда-то это произойдет. При этом пути с виртуальными электронами и позитронами влияют на эффективность, с которой фотон переносит электромагнитное взаимодействие.
И это не единственный квантово-механический процесс, который может возникнуть. Виртуальные электроны и позитроны могут сами испускать фотоны, которые, в свою очередь, могут превращаться в другие виртуальные частицы и т. д. Расстояние между двумя заряженными частицами, обменивающимися фотоном, определяет число таких взаимодействий, которые произойдут между фотоном- переносчиком и частицами в вакууме, и то, насколько сильным будет это взаимодействие. Интенсивность электромагнитного взаимодействия - это суммарный вклад многих путей, по которым движется фотон, если принять во внимание все возможные бюрократические окольные пути, т. е. квантово-механические процессы с участием виртуальных частиц на больших или малых расстояниях. Так как число виртуальных частиц, с которыми сталкивается фотон, зависит от проходимого им расстояния, интенсивность взаимодействия фотона зависит от расстояния между заряженными телами, с которыми он взаимодействует.
Как показывают вычисления, если сложить все вклады от всех возможных путей, то вакуум ослабляет тот сигнал, который фотон переносит от электрона.
Интуитивное объяснение ослабления электромагнитного взаимодействия состоит в том, что заряды противоположного знака притягиваются, а заряды одного знака отталкиваются, поэтому в среднем виртуальные позитроны находятся ближе к электрону, чем виртуальные электроны. Поэтому заряды от виртуальных частиц ослабляют полное воздействие исходной электрической силы, создаваемой электроном. Квантово-механические эффекты экранируют электрический заряд. Экранировка электрического заряда означает, что интенсивность взаимодействия между фотоном и электроном уменьшается с расстоянием.
Реальная электрическая сила на больших расстояниях оказывается меньше, чем классическая электрическая сила на малых расстояниях, так как фотон, переносящий взаимодействие на короткие расстояния, чаще выбирает путь, не содержащий виртуальных частиц. Фотону, путешествующему на малое расстояние, не требуется проходить сквозь большое ослабевающее облако виртуальных частиц, как это приходится делать фотону, переносящему взаимодействие на большие расстояния.
Не только фотон, но и все переносящие взаимодействие калибровочные бозоны взаимодействуют по дороге к месту назначения с виртуальными частицами. Пары виртуальных частиц - частица и ее античастица - спонтанно извергаются из вакуума и поглощаются им, что влияет на конечную интенсивность взаимодействия. Эти виртуальные частицы на время устраивают засаду на переносящий взаимодействие калибровочный бозон, изменяя суммарную интенсивность взаимодействия. Вычисления показывают, что, как и в случае электромагнитного взаимодействия, интенсивность слабого взаимодействия уменьшается с расстоянием.
Однако виртуальные частицы не всегда навешивают тормоза на взаимодействия. Как это ни удивительно, иногда они могут помочь усилить их. В начале 1970-х годов Дэвид Политцер, который был тогда аспирантом Сидни Коулмена в Гарварде (который и предложил Политцеру задачу), и независимо Дэвид Гросс и его студент Фрэнк Вильчек (оба из Принстона), и, наконец, Герард ’т Хоофт из Голландии проделали вычисления, показавшие, что сильное взаимодействие ведет себя полностью противоположным образом по сравнению с электромагнитным взаимодействием. Вместо экранирования сильного взаимодействия на больших расстояниях и тем самым его ослабления, виртуальные частицы на самом деле усиливают взаимодействия глюонов (частиц, переносящих сильное взаимодействие), так что сильное взаимодействие на больших расстояниях оправдывает свое название. Гросс, Политцер и Вильчек получили Нобелевскую премию по физике 2004 года за глубокое проникновение в суть сильного взаимодействия.
Ключ к этому явлению - поведение самих глюонов. Большое различие между глюонами и фотонами заключается в том, что глюоны взаимодействуют друг с другом. Глюон может влететь в область взаимодействия и превратиться в пару виртуальных глюонов, которые будут оказывать влияние на интенсивность взаимодействия. Эти виртуальные глюоны, как и все виртуальные частицы, существуют только краткий миг. Но их влияние накапливается с ростом расстояния, пока сильное взаимодействие не становится действительно необычайно сильным. Результат вычислений показывает, что виртуальные глюоны чрезвычайно усиливают интенсивность сильного взаимодействия, когда расстояния между частицами растут. Сильное взаимодействие намного сильнее тогда, когда частицы достаточно далеки друг от друга, а не тогда, когда они находятся рядом друг с другом.
По сравнению с экранировкой электрического заряда, рост интенсивности сильного взаимодействия с расстоянием противоречит интуиции. Как так может получиться, что взаимодействие становится сильнее, когда частицы находятся дальше друг от друга? Большинство взаимодействий ослабевает с расстоянием. На самом деле, чтобы доказать это, нужно проделать вычисления, однако можно привести и примеры такого поведения в окружающем мире.
Допустим, некто посылает в бюрократическое учреждение письмо, важность которого какой-то менеджер среднего звена просто не понимает. В этом случае менеджер может раздуть то, что было обычной памятной запиской, в критически важную директиву. Как только менеджер среднего звена модифицировал письмо, оно стало оказывать намного большее влияние, чем то, которое возникло бы, если бы автор письма передал его непосредственно адресату.
Другим примером, показывающим, что взаимодействия на больших расстояниях могут быть сильнее взаимодействий на малых расстояниях, может служить Троянская война. Согласно Илиаде, Троянская война началась после того, как троянский царевич Парис решил сбежать вместе с Еленой, женой спартанского царя Менелая. Если бы Менелай и Парис сразились друг с другом за право обладать Еленой до того, как Парис и Елена сбежали в Трою, война между греками и троянцами могла бы закончиться до того, как она превратилась в эпос. Но поскольку Менелай и Парис оказались далеко друг от друга, они взаимодействовали со многими людьми и собрали большие силы, участвовавшие в очень кровопролитных греко-троянских битвах.
Как ни удивительно, рост сильных взаимодействий с расстоянием достаточен для объяснения всех характерных свойств сильных взаимодействий. Это объясняет, почему сильное взаимодействие столь сильно, чтобы удерживать кварки связанными внутри протонов и нейтронов, и кварки, захваченные струями: сильное взаимодействие растет на больших расстояниях до момента, когда испытывающая его частица не может быть удалена слишком далеко от других сильновзаимодействующих частиц. Фундаментальные сильновзаимодействующие частицы, например кварки, никогда не обнаруживаются в изоляции.
Достаточно удаленные друг от друга кварк и антикварк запасли бы колоссальное количество энергии, настолько большое, что было бы энергетически выгоднее создать дополнительные физические кварки и антикварки между исходными, чем сохранить их изолированными. Если бы вы попробовали раздвинуть кварк и антикварк еще дальше друг от друга, из вакуума стали бы рождаться новые кварки и антикварки. Это напоминает автомобильное движение в городе Бостоне. Вам никогда не удастся двигаться так, чтобы промежуток между вашей машиной и машиной спереди превышал длину машины, так как этот промежуток тут же занимает какая-то машина из соседней полосы. Так и новые кварки и антикварки будут болтаться вблизи исходных, так что ни один отдельный кварк или антикварк не станет более изолированным, чем в начале, - рядом всегда найдутся другие кварки и антикварки.
Так как сильное взаимодействие на больших расстояниях столь велико, что оно не позволяет сильновзаимодействующим частицам изолироваться друг от друга, частицы, несущие сильный заряд, всегда оказываются окруженными другими заряженными частицами, образуя нейтральные по отношению к сильному взаимодействию комбинации. Поэтому мы никогда не наблюдаем изолированные кварки. Наблюдаются только сильно связанные адроны и струи.

Цели урока:

Обучающие	Развивающие	Воспитательные
1) Познакомить учащихся с понятием электрического взаимодействия и электрической силы. 2) Сформировать понятие наэлектризованного тела (заряженного) и познакомить со способами сообщения телу заряда. 3) Показать, что наэлектризованные тела действуют на твердые, жидкие и газообразные тела. 4) Показать, что в процессе трения электризуются оба тела. 5) Познакомить учащихся с тем, что электрическое взаимодействие проявляется как в притяжении, так и в отталкивании тел. 6) Познакомить учащихся с существованием 2-х видов заряда и их взаимодействии.	1) Развивать у учеников способность наблюдать. 2) Развивать умение планировать эксперимент с целью получения ответа на поставленный вопрос, анализировать диалектико-материалистический характер процесса познания: практика-критерий истины. 3) Приобщить к методу научного исследования: выделение проблемы, выдвижение гипотезы, планирование эксперимента, получение вывода.	1) Развивать познавательный интерес, любознательность. 2) Развивать активность. 3) Развивать самостоятельность. 4) Формирование личностного отношения к миру и месту человека в нём.

Ход урока

Мудрость - это совокупность истин,
добытых умом, наблюдением и
опытом и приложимых к жизни,
- это гармония идеи с жизнью.
И. А. Гончаров.

Актуализация темы.

Мы живем в мире электрических взаимодействий, сталкиваясь с ними в природе, практической деятельности. Примерами электрических взаимодействий в природе являются: молния, огни святого Эльма (демонстрация искрового и коронного разрядов). Непонимание природы электрических явлений порождало у людей страх, суеверия. С развитием науки люди смогли объяснить явления, научиться защищаться от них, и заставить работать на пользу людям. Теперь мы не мыслим свою жизнь без электричества. Приборы от электрической лампочки до компьютера работают за счет электрических явлений. Человек должен иметь элементарные представления о природе электрических явлений хотя бы для того, чтобы не ссориться с ними.

Актуализация знаний.

Что называется взаимодействием? (действие одного тела на другое, в результате которого тела изменяют скорость).

Что называется силой? (сила - количественная мера взаимодействия).

Что такое гравитационная сила? (сила, с которой притягиваются тела вследствие того, что обладают массой).

Постановка проблемы.

Учитель. Проведём опыт: потрём пластмассовую ручку или расчёску о шерсть и поднесём к кусочкам бумаги. Они притянулись. Какой вид взаимодействия вы наблюдаете? Может ли это быть гравитационное взаимодействие?

Выдвижение гипотезы:

1. Взаимодействующие тела имеют массы и могут вступать в гравитационные взаимодействия.

На столах приборы: магнит, гвоздики, кусочки оргстекла, кусочки бумаги. При помощи опытов проверьте справедливость вашей гипотезы. (поднести незаряженную палочку к кусочкам бумаги, взаимодействия нет). Вывод: данное взаимодействие не является гравитационным.

2. Взаимодействие не может быть магнитным?

Проверка гипотезы опытами (поднести магнит к гвоздям и наблюдать магнитное взаимодействие, при поднесении магнита к бумаге его не наблюдаем). Вывод: это взаимодействие не является магнитным.

Учитель: вы открыли новый вид взаимодействия - электрическое взаимодействие, а сила, с которой палочка, потёртая о ткань действовала на листки бумаги, называется электрической силой.

Введение определений.

Про тела, способные к электрическим взаимодействиям говорят, что они наэлектризованы. Или им сообщён электрический заряд.

Учитель: Слайд 4. обратите внимание, наэлектризовать тело можно трением (соприкосновением), а также при контакте заряженного тела с незаряженным.

Постановка проблемной задачи категории "ситуация неопределённости".

Мы видели, что к наэлектризованным телам могут притягиваться лёгкие тела.

Как вы думаете, могут ли твёрдые тела большой массы (например, деревянная линейка) притягиваться к наэлектризованным телам?

Выдвигают гипотезу, что да. Как проверить? Предлагают поднести заряженную палочку к линейке. Она неподвижна. Делают вывод, что - нет.

Учитель: а всё ли мы учли в нашем эксперименте? Что могло помешать линейке устремиться навстречу заряженной палочке? Предположение учащихся: сила трения покоя. Учитель: как её можно свести к минимуму? Ученики: подвесить линейку или поставить на круглодонную колбу, перевёрнутую вверх дном. Проводят эксперимент, и делают вывод, что твёрдые тяжёлые тела притягиваются к наэлектризованным телам.

Поисковое задание.

Слайд 6, 7.

Могут ли жидкости притягиваться к наэлектризованным телам? Как проверить? (поднести заряженную палочку к струе жидкости). Вывод:

Жидкости притягиваются к заряженным телам. (Факт, что газы тоже обладают способностью притягиваться к наэлектризованным телам).

Учитель: только лишь оргстекло может наэлектризовываться? Может эту способность имеют и другие твёрдые тела? Как это проверить? (Учащиеся предлагают способ проверки: надо потереть эти тела о ткань и поднести их к кусочкам бумаги).

Вывод: способностью электризоваться обладают многие тела.

Учитель: в результате трения заряжается одно из тел (палочка). А что происходит со вторым телом?

(Учащиеся предлагают способ проверки: поднести второе тело к кусочкам бумаги или наэлектризовать латунную трубку при трении о резину и поднести резину кусочкам бумаги).

Вывод: при трении электризуются два тела.

Выводы учащихся (запись в тетрадях). Слайд 3, 4.

Тела, которые действуют на окружающие предметы электрической силой, называют наэлектризованными, или заряженными.

Наэлектризовать тело можно трением (соприкосновением) или контактом заряженного тела с незаряженным.

При трении электризуются 2 тела.

Учитель: А как будут взаимодействовать между собой тела, заряженные:

• оба от стеклянной палочки,
• оба от эбонитовой палочки,
• одно от стеклянной палочки, другое от эбонитовой.

Проведём эксперимент. Объясняет устройство электростатического маятника и показывает способ его заряда (контакт гильзы маятника с заряженной палочкой).

Заряжаем гильзы от стеклянной палочки и сближаем их. Наблюдаем отталкивание.

Заряжаем гильзы от эбонитовой палочки и сближаем их. Наблюдаем отталкивание.

Заряжаем одну гильзу от эбонитовой палочки, другую от стеклянной. Наблюдаем притяжение.

Учитель: Как объяснить такую разницу во взаимодействии? Выслушать мнение учащихся и дать верный ответ. Стекло и эбонит при трении о ткань электризуются различно (получают разные заряды). Принято считать, что стекло при трении о шёлк приобретает + заряд, а эбонит при трении о шерсть приобретает - заряд.

В первом опыте гильзы, получив + заряды оттолкнулись.

Во втором опыте гильзы, получив - заряды оттолкнулись.

В третьем опыте гильзы, получив + и - заряды притянулись.

Вывод: одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённо заряженные тела притягиваются.

Слайды 9, 10, 11.

Закрепление материала.

В зависимости от оставшегося времени провести фронтальный опрос по определениями тестам.

Домашнее задание.

25, 26 учебника, ответить на вопросы.

Работа по вариантам:

1 вариант - приготовить сообщения об истории открытия электричества,

2 вариант - работа над творческим проектом по теме "Электростатика".

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.