Электр заряды. Зарядтың сақталу заңы. Кулон заңы. Электр өрісі

Сабақтың тақырыбы: Электр заряды. Зарядтың сақталу заңы. Кулон заңы. Электр өрісі. 10 класс
Сабақтың мақсаты:
1. Білімділік мақсаты: Тақырып бойынша оқушылардың білім - білік дағдысын қалыптастыру. Тың мәліметтер беру арқылы білімді қалыптастыру.
2. Дамытушылық мақсаты: Еріктілікті дамыту, белсенділігін, қабілетін қызығушылығын дамыту шараларын ұйымдастыру.
3. Тәрбиелік мақсаты: Өзін - өзі қорғайтын электрден қауіпсіздік техникасының ережелерін сақтау, шығармашылық қабілеті мүмкіндігінше дамыған азамат тәрбиелеу.
Сабақтың түрі: кіріктірілген сабақ
Сабақтың әдіс - тәсілдері: Әңгімелеу
Сабақтың көрнекіліктері: плакаттар, суреттер,

Сабақтың барысы:
І. Ұйымдастыру кезеңі:
ІІ. Үй тапсырмасын тексеру, қайталау.
А) теориялық білімдерін тексеру.
Ә) практикалық тапсырмаларын тексеру.
Б) есептерін тексеру.

ІІІ. Жаңа материалды меңгерту:
Электрленудi түсiндiру. Зарядтың сақталу заңы. Электронның және атом құрылысының ашылуы көптеген электрлiк құбылыстарды түсiндiруге мүмкiндiк бердi.
Нелiктен металдардан электр заряды өтедi, ал диэлектриктерден өтпейдi? Диэлектриктерде электрондар өз атомдарының ядроларымен мықтырақ байланысқандықтан дене iшiнде еркiн қозғалмайды. Металдарда электрондар ядролармен әлсiз байланысқан. Сондықтан олардың бiраз бөлiгi өз атомдарынан бөлiнiп дененiң iшiнде еркiн қозғала бастайды (мұндай электрондар – еркiн электрондар деп аталады). Осы электрондар өткiзгiште заряд тасымалдайды.
Электрлеу кезiнде денелердiң толық заряды өзгере ме? Тәжiрибе жүргiзейiк. Электрометрдiң металл өзегiне металл диск орнатып, оның үстiне жұқа кенеп мата жабамыз, ал оның үстiне диэлектрик тұтқасы бар екiншi диск қоямыз. Жоғарғы дискінi оқшаулағыш қабатқа айналдыра үйкеп алып қояйық. Сонда бiз электрометр стрелкасының ауытқығанын көремiз. Бұл кенеп пен үйкелген дискiде электр зарядының пайда болғанын көрсетедi.

Тәжiрибенi жалғастырайық. Ендi алып қойған дискiнi екiншi электрометр өзегiне тигiзейiк. Бұл электрометрдiң стрелкасы да тура сондай бұрышқа ауытқиды. Бұдан электрлеу кезiнде екi дискiде модулi жағынан бiрдей заряд алғанын көрсетедi. Осы зарядтардың таңбасы туралы не айтуға болады? Осы сұраққа жауап беру үшiн тәжiрибенi екi электрометрдi металл өткiзгiшпен жалғап аяқтайық. Бiз екi құралдың да стрелкалары төмен түскенiн көремiз. Зарядтардың бейтараптануы, олардың модуль жағынан тең, ал таңбалары қарама - қарсы болғанын көрсетедi (сондықтан олардың қосындысы нөлге тең). Осы және басқа да тәжiрибелер, электрлеу кезiнде денелердiң заряды сақталатынын, яғни толық заряд электрленуге дейiн нөлге тең болса, одан кейiн де нөлге тең болады. Нелiктен бұлай болады? Мысалы, эбонит таяқшаны жүнге үйкегенде, ол терiс, ал жүн оң зарядталатынын бiлемiз. Бұлай болу себебi үйкелу кезiнде эбонит таяқшада электрондар артық, ал жүнде электрондар саны кем. Осы кезде жүннiң және эбонит таяқшаның зарядтары модулi бойынша тең, ал таңбалары қарама - қарсы болады. Мұны, жүнде қанша электрон кем болса, эбонитте соншасы артық болатынымен түсiндiреміз. Жүндегi және эбониттегi толық электр заряды бұрынғыдай нөлге тең, демек заряд сақталады.

Егер электрленушi денелердiң бастапқы зарядтары нөлге тең болмаған жағдайда да толық электр заряды сақталады. Мысалы денелердiң бастапқы зарядтарын q1 және q2 деп, ал әсерлескеннен кейiн q1′ және q2′ деп белгiлесек, онда былай жазуға болады: q1′ + q2′ = q1 + q2, демек, Денелердiң кез - келген өзара әсерлесулерi кезiнде олардың толық электр заряды өзгерiссiз қалады. Осы қорытынды электр зарядының сақталу заңы деп аталатын табиғаттың iргелi заңы болып табылады. Зарядтың сақталу заңын 1750 ж. Американың ғалымы және көрнектi саясаткерi Бенджамин Франклин ашқан. Ол алғашқы болып, оң «+» және «–» терiс зарядтар туралы түсiнiктi енгiзген.

Электр өрiсi Жiпке зарядталған гильзаны iлiп, оған электрленген шыны таяқшаны жақындатайық. Олар бiр - бiрiне тiкелей тиіспесе де жiпке iлiнген гильза өзiнiң вертикаль қалпынан ауытқып, шыны таяқшаға тартылады. Осыдан зарядталған денелер бiр - бiрiмен тiкелей тиiспесе де әсерлесетiнiн көремiз. Осы кезде бiр денеден екiншiсiне әсер қалай берiледi? Мүмкiн, бар мәселе олардың арасындағы ауада шығар? Мұны тәжiрибе жүзiнде анықтайық.
Зарядталған электроскопты (шыны пластикалары алынған) ауа сорғыштың қалпағының астына қойып, одан ауаны сорып тастаймыз. Сонда бiз ауасыз кеңiстiкте де электрокоптың жапырақшалары бiр - бiрiнен тебiлетiндiгiн көремiз. Демек, электрлiк әсердiң берiлу процесiне ауа қатыспайды. Ондай болса, зарядталған денелердiң өзара әсерлесуi не арқылы жүзеге асады? Бұл сұрақтың жауабын ағылшын ғалымдары М. Фарадей (1791 – 1867) және Дж. Максвелл (1831 – 1879) өз еңбектерiнде бердi.

Электр өрiсi – кез - келген зарядталған денелердiң айналасында болады және заттардан ерекше, материяның айырықша бiр түрi болып табылады. Оны көру немесе ұстау мүмкін емес. Электр өрiсiнiң бар немесе жоқ екендiгiн, тек оның әсері арқылы білуге болады.

Электр өрiсiнiң негiзгi қасиеттерi қарапайым тәжiрибелер арқылы анықталады.
1. Зарядталған дененiң электр өрiсi, осы өрiстегі кез - келген зарядталған денеге қандай да бiр күшпен әсер етедi.
Зарядталған денелердің әсерлесуiн зерттеуге қойылған тәжiрибелер осыны көрсетеді. Мысалы, зарядталған гильза электрленген таяқшаның өрiсiнде тарту күшiнiң әсерінен оған жақындайды.
2. Зарядталған денеге жақын аралықта өрiс күштiрек, ал алыста әлсiздеу.
Мұны тексеру үшiн тағы да зарядталған гильзамен жасалған тәжiрибенi қарастырайық. Гильзаны тiрегiмен бiрге зарядталған таяқшаға жақындата түсейiк. Бiз гильза таяқшаға жақындаған сайын жiптiң вертикальдан ауытқу бұрышы үлкейе беретiнiн көреміз. Бұрыштың үлкеюі, гильза электр өрiсiнiң көзiне (зарядталған таяқшаға) жақындаған сайын оған өрiс соғұрлым көбiрек күшпен әсер ететiндiгiн көрсетедi. Осыдан, зарядталған денеге жақындаған сайын оның өрiсiнің күшейетініне көз жеткiземiз.

Сонымен, зарядталған таяқша ғана өз өрiсiмен зарядталған гильзаға әсер етiп қоймай, гильза да өз өрiсiмен таяқшаға әсер етедi екен. Зарядталған денелердің осындай бiр- бiрiне әсер етуінен олардың өзара электрлiк әсерлесуi байқалады. Электр өрiсiн графиктік кескiндеу үшiн Фарадей заманынан бастап күш сызықтары қолданылады. Зарядталған бөлшек электр өрiсiне енгенде, оның жылдамдығы көбеюi де азаюы да мүмкін. Егер бөлшек заряды q > 0 болса, онда күш сызықтары бойында оның жылдамдығы артады, ал керi бағытта тежеледi. Егер бөлшек заряды q < 0 болса, онда бәрi керiсiнше болады: күш сызықтары бағытында тежелiп, керi бағытта үдетiледi.
2. Электр зарядтарының вакуумдегі және диэлектриктегі өзара әрекеттесу күшінің бағыты, шамасын анықтағанКулон заңының тұжырымдамасы мен формуласын баяндау барысында заңның ашылу тарихын және ғалым туралы фактілермен оқушыларды пәнге қызықтыру тиімді.
- вакуумде,; диэлектрикте; мұндағы
3. Нүктелік зарядтардың арақашықтығынан өлшемі мейлінше аз.

ІV. Оқытылып отырған оқу материалын қабылдаудағы оқушы түсінігін тексеру.
§ 8. 1 - 8. 3 дайындық сұрақтарын талдау.
V. Оқытылып отырған оқу материалын бекіту немесе дағдыландыру жұмыстарын жүргізу.
15 - жаттығу (2). Есептер шығарту
VI. Бағалау. Үй тапсырмасын беру: §8. 1 - 8. 3 дайындық сұрақтары, 15 - жаттығу.