Электрическое поле делимость электрического заряда строение атомов. Презентация на тему "Электроскоп

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?

Тема урока

Строение атома.

Цели урока:

Образовательные: ввести понятие электрона, как частицы с наименьшим электрическим зарядом, рассмотреть модели строения атома по Томсону и Резерфорду, дать представление о положительном и отрицательном ионах;

Развивающие: развивать способности учащихся анализировать, сравнивать, делать выводы;

Воспитательные: формирование идеи материальности мира, причинно-следственных связей между явлениями, воспитание интереса к предмету.

• Организационный момент
• Проверка знаний ранее изученного материала
• Изучение нового материала
• Закрепление изученного
• Подведение итога урока
• Домашнее задание

Определите, какое действие будет оказывать

наэлектризованная палочка на подвешенный

на нити шарик в каждом случае, изображенном

на рисунке

Пробковые шарики, подвешенные на нитях,

заряжены. Каковы знаки зарядов шаров?

Металлический шар заряжен. Какого знака заряды

у шариков одинаковой массы, подвешенных на непроводящей тонкой нити?

Сравните заряды капелек воды, пролетающих мимо заряженного шара

Отгадайте кроссворд

Тема урока

Делимость электрического заряда. Электрон.

Строение атома.

Абрам Федорович

Роберт Милликен

(1868 – 1924гг.)

Иоффе (1880 – 1960гг.)

Опыт Роберта Милликена

Устройство

для получения

ультрафиолетового

излучения

Маслёнка-распылитель

Микроскоп

Металлические пластины

При изменении заряда капельки масла

(пылинки цинка) всегда уходит (или

приходит) какая-то частица которая

заряд.

Электрон-

Электрический заряд

q - электрический заряд

1 Кл (кулон)

Шарль Огюстен

Электрон-

элементарная частица, имеющая наименьший отрицательный заряд

m э = 9, 1 · 10 - 31 кг

q э = -1,6 · 10 -19 Кл

Модель Томсона

Джозеф Джон

«пудинг»

Модель Резерфорда

Резерфорд

«Планетарная модель»

Строение ядра

протон

нейтрон

q p = 1,6 · 10 -19 Кл

не заряжен

Планетарная модель атома

Протоны р

Нейтроны n

Электроны е

Атом алюминия

Отрицательный ион – атом, присоединивший один или несколько лишних электронов

Положительный ион – атом, потерявший один или несколько электронов

Положительный ион атома гелия

Отрицательный ион атома гелия

Проверьте себя!

Заполните пропуски:

• В центре атома находится ______
• Вокруг ядра движутся ___________
• Ядро атома состоит из ____________________
• Ядро имеет _______________ заряд.
• Электроны имеют ______________ заряд.
• Протоны имеют _______________ заряд.

электроны

протонов и нейтронов

положительный

отрицательный

положительный

Проверьте себя!

Заполните пропуски:

• Нейтроны
• Атом, потерявший один или несколько электронов, называется ______________________

имеют ______________ заряд.

нейтральны

• Атом, присоединивший один или несколько электронов, называется ______________________

имеет ______________ заряд.

нейтрален

положительным ионом

отрицательным ионом

Определите состав атома

и заполните таблицу

нейтроны

электроны

Домашнее задание

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.

Цели урока:

• показать, что электрический заряд можно делить на части;
• познакомить учащихся с электроном;
• познакомить учащихся с планетарной моделью атома по Резерфорду;
• развивать способности учащихся анализировать, сравнивать, делать выводы.
• развивать мышление учащихся.

Наглядные пособия и оборудование:

• презентация;
• мультимедийный проектор;
• электроскопы, металлическая проволока с изолированной ручкой, стеклянная и эбонитовая палочки, куски меха, шёлка;
• "султаны" на подставке, электрофорная машина;
• таблица "Периодическая система химических элементов Менделеева".

Ход урока

Актуализация знаний

Наэлектризуем "султан" с помощью электрофорной машины. Почему полоски "султана" разошлись в разные стороны?

Сообщим двум "султанам" с помощью электрофорной машины сначала разноимённые заряды, а затем одноимённые. Объясните наблюдаемые явления. Почему в первом случае полоски "султанов" притягиваются, а во втором - отталкиваются?

Как называется прибор?

Коснёмся шара электроскопа наэлектризованной палочкой из стекла. Почему отклоняется стрелка электроскопа

С помощью чего осуществляется электрическое взаимодействие заряженных тел?

Разгадаем кроссворд и узнаем, о чём мы сегодня будем говорить на уроке. (Слайд 1)

Способ сообщения телу электрического заряда.

Вещество, которое не проводит электричество.

Вещество, которое хорошо проводит электричество.

Прибор, служащий для обнаружения и измерения электрического заряда.

Делимость электрического заряда.

Зарядим электроскоп, при помощи металлической проволоки соединим его с незаряженным электроскопом.

Что произошло? Почему?

(Половина заряда первого шара перешла на второй, заряд разделился на две равные части) Повторим опыт. Заряд первого шара ещё уменьшился в два раза. На первом электроскопе останется от первоначального заряда. значит, электрический заряд может делится.

Почему? Существует ли предел деления заряда?

Русский учёный А. Ф. Иоффе и американский учёный Р. Милликен доказали, что это деление имеет предел. Был сделан вывод о существовании в природе частицы, имеющей наименьший отрицательный заряд. (Слайд 3) Эту частицу назвали электроном. (Слайд 4)

Электрон - элементарная частица, имеющая отрицательный заряд.

Частица, имеющая наименьший положительный заряд, называется протоном.

Электроны и протоны входят в состав атома.

Заряд протона равен по модулю заряду электрона.

Учёный Резерфорд экспериментально обосновал планетарную модель атома (Слайд 5):

• в центре атома находятся положительно заряженное ядро;
• вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны.

Ядро состоит из протонов и нейтронов.

Число электронов равно числу протонов, значит заряд ядра равен по модулю заряду электронов, следовательно, атом нейтрален.

Массы протона и нейтрона во много раз больше массы электрона, поэтому масса атома сосредоточена в ядре.

Атомы разных элементов отличаются друг от друга числом протонов, нейтронов и электронов.

Чему равен порядковый номер алюминия? Чему равна его атомная масса?

Атом, потерявший один или несколько электронов, будет иметь положительный заряд. Его называют положительным ионом.

Атом, присоединивший один или несколько электронов, будет иметь отрицательный заряд. Его называют отрицательным ионом. (Слайд 11)

Закрепление изученного материала.

Проверим, как вы усвоили тему сегодняшнего урока. (Слайд 12,13)

В центре атома находится ______

Вокруг ядра движутся ___________

Ядро атома состоит из ____________________

Ядро имеет _______________ заряд.

Электроны имеют ______________ заряд.

Протоны имеют _______________ заряд.

Нейтроны имеют _______________ заряд.

Атом имеют _______________ заряд.

Атом, потерявший один или несколько электронов, называется ________________

Атом, присоединивший один или несколько электронов, называется _____________

Определите состав атома и заполните таблицу (Слайд 14):

Домашнее задание: Параграф 29,30, упражнение 11.

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.