Зарядтың сақталу заңы
Сабақ туралы қысқаша мәлімет
- Сынып
- 10-сынып
- Сабақ түрі
- Кіріктірілген сабақ
- Тақырып
- Электр заряды. Зарядтың сақталу заңы. Кулон заңы. Электр өрісі.
- Әдіс-тәсілдер
- Әңгімелеу, тәжірибе арқылы түсіндіру
- Көрнекіліктер
- Плакаттар, суреттер, электроскоп/электрометр
Сабақтың мақсаттары
Білімділік
Тақырып бойынша оқушылардың білім, білік және дағдысын қалыптастыру; жаңа мәліметтер арқылы түсінікті нақтылау.
Дамытушылық
Оқушының еріктілігін, белсенділігін, қабілетін және пәнге қызығушылығын арттыруға бағытталған жұмыстарды ұйымдастыру.
Тәрбиелік
Электр қауіпсіздігі ережелерін сақтауға дағдыландыру және шығармашылық әлеуеті дамыған тұлға тәрбиелеу.
Жаңа материал: электрлену және зарядтың сақталу заңы
Неліктен металдар заряд өткізеді, ал диэлектриктер өткізбейді?
Диэлектриктерде электрондар өз атом ядроларымен берік байланысқандықтан, дене ішінде еркін қозғала алмайды. Ал металдарда электрондардың бір бөлігі ядромен әлсіз байланысқандықтан, атомдардан бөлініп шығып, өткізгіш ішінде еркін қозғалады. Мұндай электрондар еркін электрондар деп аталады және олар зарядты тасымалдайды.
Тәжірибе: электрлену кезінде толық заряд өзгере ме?
Электрометрдің металл өзегіне металл диск орнатып, оның үстіне жұқа кенеп мата жабамыз. Үстіне диэлектрик тұтқасы бар екінші диск қоямыз. Жоғарғы дискіні оқшаулағыш тұтқасынан ұстап, кенеп қабатқа үйкеп, алып қоямыз. Электрометр тілшесінің ауытқуы кенеп пен үйкелген дискіде заряд пайда болғанын көрсетеді.
Алып қойған дискіні екінші электрометрдің өзегіне тигізсек, оның тілшесі де шамалас бұрышқа ауытқиды. Бұл екі дискіде модульдері тең заряд пайда болғанын білдіреді.
Зарядтардың таңбасын анықтау үшін екі электрометрді металл өткізгішпен жалғаймыз. Екі құралдың да тілшелері төмендейді, яғни зарядтар бейтараптанады. Демек, зарядтардың модульдері тең, ал таңбалары қарама-қарсы, сондықтан олардың қосындысы нөлге тең.
Қорытынды: электрлену кезінде денелердің толық электр заряды сақталады. Егер электрленуге дейін толық заряд нөл болса, электрленуден кейін де нөл болып қалады.
Неге заряд сақталады?
Мысалы, эбонит таяқшаны жүнге үйкегенде, эбонит теріс, ал жүн оң зарядталады. Себебі үйкеліс кезінде электрондар жүннен эбонитке өтеді: эбонитте электрондар артық, ал жүнде электрондар кем болады. Жүнде қанша электрон кемісе, эбонитте соншасы артады. Сондықтан жүйенің толық заряды өзгермейді.
Жалпы түрде:
q1′ + q2′ = q1 + q2Яғни кез келген өзара әсерлесу кезінде жүйенің толық электр заряды өзгеріссіз қалады. Бұл — табиғаттың іргелі заңдарының бірі: электр зарядының сақталу заңы.
Тарихи дерек: зарядтың сақталу заңын 1750 жылы америкалық ғалым әрі қоғам қайраткері Бенджамин Франклин тұжырымдады. Ол зарядтарды белгілеуде «оң (+)» және «теріс (−)» таңбаларын алғаш енгізді.
Электр өрісі: әсерлесудің «көрінбейтін» тетігі
Тәжірибелік байқау
Жіпке зарядталған гильзаны іліп, оған электрленген шыны таяқшаны жақындатайық. Денелер тікелей жанаспаса да, гильза вертикаль қалпынан ауытқып, таяқшаға тартылады. Бұл зарядталған денелердің арақашықтықтан әсерлесетінін көрсетеді.
Әсер ауа арқылы беріле ме?
Зарядталған электроскопты (шыны пластиналары алынған) ауа сорғыштың қалпағының астына қойып, ауаны сорып тастаймыз. Ауасыз кеңістікте де электроскоп жапырақшаларының тебілуі сақталады. Демек, электрлік әсердің берілуіне ауа міндетті емес.
Анықтама
Бұл құбылысты М. Фарадей (1791–1867) және Дж. Максвелл (1831–1879) еңбектерінде түсіндірген: электр өрісі — зарядталған денелердің айналасында болатын, материяның ерекше бір түрі. Оны көру немесе ұстау мүмкін емес; оның бар-жоғын тек әсері арқылы анықтаймыз.
Электр өрісінің негізгі қасиеттері
- 1 Өріс өзіндегі кез келген зарядталған денеге күшпен әсер етеді. Мысалы, зарядталған гильза электрленген таяқшаның өрісінде тартылыс күшінің әсерінен оған жақындайды.
- 2 Өріс көзге жақын жерде күштірек, алыста әлсіз болады. Гильзаны таяқшаға жақындатқан сайын жіптің вертикальдан ауытқу бұрышы артады, яғни әсер күшейеді.
Өзара әсерлесу екіжақты: таяқша өз өрісімен гильзаға әсер етсе, гильза да өз өрісімен таяқшаға әсер етеді. Осылайша зарядталған денелердің электрлік әсерлесуі байқалады.
Күш сызықтары және заряд қозғалысы
Электр өрісін графиктік түрде бейнелеу үшін Фарадей дәуірінен бастап күш сызықтары қолданылады. Зарядталған бөлшек өріске енгенде оның жылдамдығы артуы да, кемуі де мүмкін: бұл зарядтың таңбасына және қозғалыс бағытына тәуелді.
Кулон заңы: зарядтардың өзара әрекеттесуі
Негізгі идея
Нүктелік зарядтардың вакуумдегі және диэлектриктегі өзара әрекеттесу күшінің бағыты мен шамасын сипаттайтын негізгі заң — Кулон заңы. Заңды түсіндіру барысында оның ашылу тарихын және ғалым туралы қысқа деректерді қолдану оқушылардың пәнге қызығушылығын арттырады.
Нүктелік заряд ұғымы
Нүктелік заряд деп өлшемі зарядтар арасындағы арақашықтықпен салыстырғанда өте кіші болатын денені айтады.