Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 7 клас. Повні уроки>>Фізика: Земне тяжiння. Електризацiя тiл. Взаємодiя заряджених тiл. Взаємодiя магнiтiв. Сила — мiра взаємодiї. Енергiя.

Тема

• Земне тяжiння. Електризацiя тiл. Взаємодiя заряджених тiл. Взаємодiя магнiтiв. Сила — мiра взаємодiї. Енергiя

Мета

• Ознайомитися з поняттям "Земне тяжiння". Електризацiя тiл. Взаємодiя заряджених тiл. Взаємодiя магнiтiв засвоїти поняття "Сила та энергія"
  

Хід уроку

До теперішнього часу відомі чотири види основних фундаментальних взаємодій: гравітаційне; електромагнітне; сильне; слабке. Між двома точковими тілами діє сила притягання, прямо пропорційна добутку їхніх мас й обернено пропорційному квадрату відстані між ними. Передбачається, що гравітаційна взаємодія обумовлюється якимись елементарними частками - гравітонами, існування яких до теперішнього часу експериментально не підтверджено. Електромагнітна взаємодія пов'язане з електричними й магнітними полями. Електричне поле виникає при наявності електричних зарядів, а магнітне поле - при їхньому русі. У природі існують як позитивні, так і негативні заряди, що й визначає характер електромагнітної взаємодії (притягання або відштовхування). Сильна й слабка взаємодія описує деякі види ядерних процесів. Звичайно для кількісного аналізу перерахованих взаємодій використають дві характеристики: безрозмірну константу взаємодії, що визначає величину взаємодії, і радіус дії. Розглянемо види взаємодії на конкретних прикладах

Сила земного притягання, або гравітація

Сила земного притягання, або гравітація, утримує Місяць на орбіті, а атмосферу - поблизу земної поверхні. Через обертання Землі й дії відцентрової сили гравітація на її поверхні трохи зменшується. Силоміць земного притягання обумовлене прискорення вільного падіння предметів, величина якого становить приблизно 9,8 м/с2. Неоднорідність земної поверхні визначає розходження гравітації в різних районах. І все-таки: чому тіла падають? Можна сказати, внаслідок гравітації або земного притягання. Адже слово «гравітація» латинського походження й означає «важкий» або «вагомий». Можна сказати, що тіла падають тому, що вони важать. Але тоді чому тіла важать? І відповісти можна так: тому, що Земля притягує їх. І, дійсно, усі знають, що Земля притягає тіла, тому, що вони падають. Так, фізика не дає пояснення тяжінню, Земля притягує тіла тому, що так улаштовано природу. Однак, фізика може повідомити багато цікавого й корисного про земне тяжіння. Исаак Ньютон (1643-1727) вивчив рух небесних тіл - планет і Місяця. Його не раз цікавила природа сили, що повинна діяти на Місяць, щоб при русі навколо землі вона втримувалася на майже круговій орбіті. Ньютон також замислювався над незв'язаної, здавалося б, із цим проблемою гравітації. Оскільки падаючі тіла прискорюються, Ньютон уклав, що на них діє сила, яку можна назвати силою тяжіння або гравітації. Але що викликає цю силу тяжіння? Адже якщо на тіло діє сила, значить вона викликається з боку якого-небудь іншого тіла. Будь-яке тіло на поверхні Землі випробовує дію цієї сили тяжіння, і де б тіло ні перебувало, сила, що діє на нього спрямована до центра Землі. Ньютон уклав, що сама Земля створює силу тяжіння, що діє на тіла, перебувають на її поверхні. Історія відкриття Ньютоном закону всесвітнього тяжіння досить відома. По легенді, Ньютон сидів у своєму саду й звернув увагу на падаюче з дерева яблуко.

У нього зненацька виник здогад про те, що якщо сила тяжіння діє на вершині дерева й навіть на вершині гір, те, можливо, вона діє й на будь-якій відстані. Так думка про те, що саме притягання Землі втримує Місяць на її орбіті, послужила Ньютону основою, з якої він почав побудову своєї великої теорії гравітації. Усе, що має масу - а маса властива будь-якій формі, будь-якому виду матерії, - повинне випробовувати гравітаційні взаємодії. При цьому загородитися від гравітаційних сил неможливо. Для всесвітнього тяжіння немає перешкод. Завжди можна поставити непереборний бар'єр для електричного, магнітного поля. Але гравітаційна взаємодія вільно передається через будь-які тіла. Екрани з особливих речовин, непроникних для гравітації, можуть існувати тільки в уяві авторівнауково-фантастичних книг. Отже, гравітаційні сили всюдисущі.Чому ж ми не відчуваємо притягання більшості тіл? Якщо підрахувати, яку частку від притягання Землі становить, наприклад, притягання Евересту, то виявиться, що лише тисячні частки відсотка. Сила ж взаємного притягання двох людей середньої ваги при відстані між ними в один метр не перевищує трьох сотих міліграма. Так слабкі гравітаційні сили. Той факт, що гравітаційні сили, загалом кажучи набагато слабкіше електричних, викликає своєрідний поділ сфер впливу цих сил.  Гравітаційні сили стають відчутними, а часом і грандіозними, коли у взаємодії фігурують такі величезні маси, як маси космічних тіл планет, зірок і т.д. Так, Земля й Місяць притягаються із силою приблизно в 20 000 000 000 000 000 тонн. Навіть такі далекі від нас зірки, світло яких роки йде від Землі, притягаються з нашою планетою із силою, що виражається значною цифрою, - це сотні мільйонів тонн.

Взаємне притягання двох тіл убуває в міру їхнього видалення друг від друга. Подумки проробимо такий досвід: будемо вимірювати силу, з якої Земля притягає яке-небудь тіло, наприклад, пудову гирю. Перший досвід нехай відповідає таким умовам, коли гиря поміщена на дуже великій відстані від Землі. У цих умовах сила притягання (яку можна вимірювати за допомогою самих звичайних пружинних ваг) практично буде дорівнює нулю. У міру наближення до Землі з'явиться й буде поступово зростати взаємне притягання, і, нарешті, коли гиря виявиться на поверхні Землі стрілка пружинних ваг зупиниться на розподілі «20 кілограмів», оскільки те, що ми називаємо вагою, відволікаючись від обертання землі, є ні що інше, як сила, з якої Земля притягає тіла, розташовані на її поверхні(див. нижче). Якщо ж продовжити експеримент й опустити гирю в глибоку шахту, це зменшить діючу на гирю силу. Це видно хоча б з того, що якщо гирю помістити в центр землі,  притягання з всіх сторін взаємно зрівноважиться й стрілка пружинних ваг зупиниться точно на нулі.

Електрична взаємодія

Електричний заряд - цепов'язане з тілом властивість, що дозволяє йому бути джерелом електричного поля й брати участь в електромагнітних взаємодіях. Ще в далекій давнині було відомо, що янтар, потертий об вовну, притягає легкі предмети. А вже наприкінці XVI століття англійський лікар Вільям Гильберт назвав тіла, здатні після натирання притягати легкі предмети, наелектризованими. В 1729 році Шарль Дюфе встановив, що існує два роди зарядів. Один утвориться при терті скла об шовк, а іншої - смоли об вовну. Тому Дюфе назвав заряди «скляним» й «смоляним». Поняття про позитивний і негативний заряд увів Бенджамин Франклін. На початку XX століття американський фізик Роберт Милликен досвідченим шляхом показав, що електричний заряд дискретний, тобто заряд будь-якого тіла становить ціле кратне від елементарного електричного заряду Найпростіше й повсякденне явище, у якому виявляється факт існування в природі електричних зарядів, - це електризація тіл при дотику.

Здатність електричних зарядів як до взаємного притягання, так і до взаємного відштовхуванню порозумівається припущенням про існування двох різних видів зарядів. Один вид електричного заряду називають позитивним, а іншої - негативним. Різнойменно заряджені тіла притягаються, а однойменно заряджені - відштовхуються друг від друга.

При дотику двох электрично нейтральних тіл у результаті тертя заряди переходять від одного тіла до іншого. У кожному з них порушується рівність суми позитивних і негативних зарядів, і тіла заряджаються різнойменно. При електризації тіла через вплив у ньому порушується рівномірний розподіл зарядів. Вони перерозподіляються так, що в одній частині тіла виникає надлишок позитивних зарядів, а в іншій - негативних. Якщо дві ці частини роз'єднати, то вони будуть заряджені різнойменно.

Для виявлення й виміру електричних зарядів застосовується електроскоп, що складається з металевого стрижня - електрода й підвішених до нього двох листочків фольги. При дотику до електрода зарядженим предметом заряди стікають через електрод на листочки фольги, листочки виявляються однойменно зарядженими й тому відхиляються друг від друга.

Також може застосовуватися електрометр, що складається з металевого стрижня й стрілки, що може обертатися навколо горизонтальної осі. При зіткненні зарядженого тіла зі стрижнем електрометра електричні заряди розподіляються по стрижні й стрілці, і сили відштовхування, що діють між однойменними зарядами на стрижні й стрілці, викликають її поворот. Найпростіший електроскоп можна виготовити з фольги

Магнітна взаємодія

Що змушує деякі метали притягатися до магніту? Чому магніт притягає не всі метали? Чому одна сторона магніту притягає, а інша відштовхує метал? І що робить неодимові метали такими міцними? Для того щоб відповісти на всі ці питання, необхідно спочатку дати визначення самому магніту й зрозуміти його принцип. Магніти - це тіла, що володіють здатністю притягати залізні й сталеві предмети й відштовхувати деякі інші завдяки дії свого магнітного поля. Силові лінії магнітного поля проходять із південного полюса магніту, а виходять із північного полюса.

Постійний або твердий магніт постійно створює сам своє магнітне поле. Електромагніт або м'який магніт може створювати магнітні поля тільки в наявність магнітного поля й тільки на короткий час, поки перебуває в зоні дії того або іншого магнітного поля. Електромагніти створюють магнітні поля тільки в тому випадку, коли через проведення котушки проходить електрика. Для того щоб зробити магніт, Вам необхідно просто «направити» магнітні домени металу в одному напрямку. Для цього вам необхідно намагніть сам метал. Розглянемо ще раз випадок з голкою: якщо магніт рухати постійно в одному напрямку уздовж голки, відбувається вирівнювання напрямку всіх його областей (доменов). Однак, вирівнювати магнітні домени можна й іншими способами, наприклад: Помістити метал у сильне магнітне поле в північно-південному напрямку. Рухати магніт у північно-південному напрямку, постійно вдаряючи по ньому молотком, вирівнюючи його магнітні домени. Пропустити через магніт електричний струм. Учені припускають, що два із цих методів пояснюють те, як природні магніти формуються в природі. Інші ж учені затверджують, що магнітний залізняк стає магнітом тільки в тому випадку, коли його вдаряє блискавка. Треті ж уважають, що залізняк у природі перетворився в магніт ще в момент формування Землі й зберігся до наших днів. Найпоширенішим способом виготовлення магнітів на сьогоднішній день уважається процес приміщення металу в магнітне поле. Магнітне поле обертається навколо даного об'єкта й починає вирівнювати всі його домени. Однак у цей момент може виникнути відставання в одному із цих зв'язаних між собою процесів, що називається гістерезисом. На те, щоб змусити домени поміняти свій напрямок в одну сторону, може піти кілька хвилин. От що відбувається під час цього процесу: Магнітні області починають обертатися, вибудовуючись у лінію уздовж північно-південної лінії магнітного поля. Області, які вже спрямовані в північно-південному напрямку стають більше, у той час як навколишні їхні області стають менше. Стіни домени, границі між сусідніми доменами, поступово розширюються, за рахунок чого сам домен збільшується. У дуже сильному магнітному полі деякі стіни домениповністю зникають. Виходить, що потужність магніту залежить від кількості сили, використовуваної для зміни напрямку доменов. Міцність магнітів залежить від того, наскільки важко було вирівняти ці домени. Матеріали, які важко намагнітити, зберігають свій магнетизм протягом більше довгих періодів, у той час як матеріали, які легко піддаються намагнічуванню, звичайно швидко розмагнічуваеться.

У перерахованих прикладах основною характеристикою взаемодії є сила Сила - векторна фізична величина, що є заходом механічного впливу на дане тіло інших тіл, а також полів. Прикладена до масивного тіла сила є причиною зміни його швидкості або виникнення в ньому деформацій.

Завдання

Зібрати найпростіший електроскоп і спробувати його зарядити використаю гребінець. У випадку невдачі провести досвіди з повітряною кулькою, як показано на відео.

Список використаних джерел

1. Янчук В. Довідник школяра: 5-11 кл., 2002, Київ

2. Коршак Є. В., Ляшенко О. І., Савченко В.Ф. Фізика 7 клас: Підруч. для для загальноосвітніх навч. закл. - Ірпінь: Перун, 2002.

3. Сергеев А. В. Наблюдения учащихся при изучении физики на первой ступени обучения: Пособие для учителей. - К.: Рад. шк., 2007.

4. В.Г. Разумовский, Л.С. Хижнякова. Современный урок физики в средней школе. – М.: Просвещение, 2003.

5.Энциклопедический словарь юного физика.

Відредаговано та надіслано Борисенко І. М.

Над уроком працювали

Романчук В.Є.

Борисенко І. М.

Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме, где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия. Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, но и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего. Гильдия Лидеров Образования открывает двери для специалистов  высшего ранга и приглашает к сотрудничеству в направлении создания лучших в мире школ.