Версия 10:32, 19 августа 2010

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 9 клас>>Фізика: Електричне поле
Тип уроку: урок засвоєння нових знань (урок засвоєння знань, умінь та навичок)
Навчальна мета уроку: на основі дослідів та спостережень, ввести поняття електричного поля, як частини матерії.

1.Теоретична частина.
На початку ХІХ ст. у фізиці з’явилося нове поняття, яким сьогодні означують частину матерії, з якої складається світ – поняття поля. Автором нововведення був  британський учений Майкл Фарадей.

Рис.21 Майкл Фарадей (1791-1867)

Проведемо деякі спостереження та експерименти. Розглянемо експеримент, представлений на відео 1. Цей експеримент варто провести самостійно. При піднесенні до фольгової гільзи на нитці наелектризованої ебонітової палички, спостерігається її притягання вже на деякій відстані між ними. При зменшенні відстані відхилення нитки збільшується, що свідчить про зростання сили взаємодії. Отже, електрична взаємодія відбувається на відстані. Розглянемо експеримент на відео 2 та аналогічний експеримент, що проводиться із саморобним електроскопом (відео 3), який ми використовували при вивченні попередніх розділів. При наближенні до електрометра та електроскопа наелектризованих тіл кут відхилення стрілки та розходження пелюсток зростає – при віддаленні зменшується. З відео 2 слідує, що величина сили взаємодії змінюється з відстанню як для позитивно, так і для негативно заряджених тіл. Причина взаємодії (перерозподіл носіїв електричного заряду) нами розглядалася в попередніх розділах, а от взаємодія на відстані та зміна величини сили взаємодії є фактом, який надалі буде досліджуватися.

Рис.22 Взаємодія наелектризованої палички з фольговою гільзою

Логічно поставити запитання про існування проміжного агента, субстанції, за допомогою якої здійснюється ця взаємодія. На початку ХІХ ст., домінуючою точкою зору у причині природних взаємодій, була точка зору миттєвої взаємодії між предметами на відстані, без будь-який пояснень або носіїв цієї взаємодії. Ця точка зору, підкріплена авторитетом Ісаака Ньютона, уважалася неспростовною істиною, оскільки навіть ліквідація повітря між зарядженими тілами не знищувала їх взаємодію. Молодий учений – експериментатор Майкл Фарадей, 1820 року, висуває сміливу гіпотезу про існування проміжної субстанції в просторі, що відповідала за електричну взаємодію, і називає її електричним полем. Його гіпотеза ґрунтувалася на експерименті, який він провів, спостерігаючи поведінку дрібних непровідних порошинок, які перебували поблизу зарядженого тіла. Відтворення експерименту Фарадея дозволяє не тільки зрозуміти його гіпотезу, а й уявити вигляд цієї субстанції. У 60-х роках цього ж сторіччя, інший британський науковець Джеймс Максвел, зміг побудувати математичну модель електричного поля в поєднанні з полем магнітних взаємодії, яка отримала назву теорії електромагнітного поля. Згодом ця теорія отримала експериментальне підтвердження, що дозволяє сьогодні вважати Майкла Фарадея засновником теорії поля. 

Отже, будемо вважати, що електричним полем є - частина матерії, яка оточує заряджені тіла, входить до складу електромагнітного поля й забезпечує електричну взаємодію. Електричне поле, яке оточує нерухомі заряджені тіла називається електростатичним полем.

Рис.23 Поведінка дрібних порошинок у електричному полі

Оскільки електричне поле (і взагалі поле) є частиною простору, воно має характеристики, відмінні від характеристик речовини. Детально з характеристиками поля ми ознайомимося в окремому розділі «Електродинаміка». Наразі зупинимося лише на його візуальному зображенні, чуттєвих властивостях та  кількісному законі взаємодії, що воно забезпечує. Для візуального представлення електричного поля використаємо поведінку заряджених та нейтральних предметів, уміщених у нього. Розглянемо поведінку легких смужок паперу, приєднаних до заряджених тіл (відео 4). При наданні тілу електричного заряду, смужки розміщуються радіально вздовж невидимих ліній, що оточують дане тіло. При наближенні тіл із різним, або однаковим за знаком зарядом, вони проявляють складну картину електричного поля в просторі. Лінії, за допомогою яких зображують електричне поле, називають силовими лініями електричного поля. Дрібні ворсинки, уміщені поміж заряджених пластин указують на паралельність силових ліній у просторі між ними та складну їх форму за межами пластин. Силові лінії поля вважають направленими. За напрямок силової лінії електростатичного приймається напрямок дії сили електричної взаємодії на позитивно заряджену частку у цьому полі. У разі коли заряджених тіл декілька, поле зображується складними кривими.

Рис.24 Зображення електричних полів

Оскільки в електричному полі на заряджену частку діє сила, то варто очікувати, що при її русі буде виконуватися робота. Оскільки робота виконується, то існує енергія заряджених часток, уміщених у це поле. Надалі в курсі «Електродинаміка» буде детально розглянуте питання про енергію, що містить та може передавати електромагнітне поле.

Ми живемо у світі наповненому електричними полями.  Наша планета Земля є зарядженим тілом, заряд якої врівноважується зарядом верхніх атмосфери – іоносферою. Заряд Землі оцінюється в 300000 Кл. Проте ми не відчуваємо присутність ні цього електричного поля, ні полів, створюваних електричними приладами навколо нас. Виявляється це лише на перший погляд саме так.  Розглядаючи навколишній світ, наш зоровий рецептор, наші очі, сприймають світло. Це коливання електромагнітного поля – електромагнітні хвилі. Відчуваючи звук наше вухо реагує на коливання молекул повітря, що можливі лише за рахунок електричної взаємодії між самими молекулами. Торкаючись предметів, ми спричиняємо появу сил тертя та пружності, кожна з яких має складну електричну природу. Таким чином, можна зробити висновок, що, не відчуваючи електричне поле спеціальним органом, ми відчуваємо його опосередковано через вплив його на речовину. В еру цивілізаційного буму людина опинилася в оточенні величезної кількості електромагнітних полів, особливо в містах. Більшість із них негативно впливають на її самопочуття й здоров'я. Останнім часом навіть уживається термін – «електромагнітний смог». Для зменшення впливу полів, що викликають появу небажаних позитивних йонів у повітрі в робочих приміщеннях, використовують специфічні пристрої – йонізатори, що насичують його йонами протилежного знаку. Проте повністю ліквідувати вплив особливо змінних у часі електромагнітних полів неможливо. У наступному параграфі ми детально ознайомимося з кількісним законом, який характеризує електричну взаємодію, пам’ятаючи, що вона здійснюється за допомогою електричного поля.

Рис.25 Взаємодія наелектризованих паперових султанів

2. Контролюючий блок.

1. Підносячи наелектризований предмет до поверхні власного тіла, можна відчути «ефект мурашок». Спробуйте пояснити його виникнення.
2. За умови, що земна куля має великий електричний заряд, спробуйте пояснити, чому ми не бачимо його прояви в електричній взаємодії предметів, що знаходяться на її поверхні.
3. Який за знаком електричний заряд, однойменний чи різнойменний, мають паперові султани, зображені на рис. 25?
 
Література:
1.    Сиротюк В.Д. Фізика: підруч. для 9 класу загальноосвіт. навч. закл./В.Д. Сиротюк. – К.: Зодіак-ЕКО, 2009. – 208 с.:іл.
2.    Кирик Л.А. Фізика. 9 кл. Методичні матеріали. – Х.: Гімназія, 2009. – 384 с.:іл..
3.    Генденштейн Л.Е., Гельфгат І.М. Фізика, 9 кл.: Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів. – Х.: Гімназія, 2009. – 240 с.: іл.

Автор Повного уроку — Чернецький Ігор Станіславович, глава Асоціації вчителів фізики "Шлях освіти-ХХІ" , м. Кам’янець-Подільський