Открытый урок физики в 11 классе на тему ' Фотоэффект'

Урок

Цели урока: изучить законы и теорию фотоэффекта; сформировать у учащихся представление о фотоэффекте.

Оборудование: ПК, проектор, электронные издания «Библиотека наглядных пособий 7- 11 классы, открытая физика ч-2, подготовка к ЕГЭ 10-11 класс».
Наглядные пособия: демонстрация через проектор необходимых фрагментов урока.
Дидактический материал: тест по проверке усвоения материала.

Ход урока:

1. Оргмомент.
На прошлом уроке было рассмотрена гипотеза Планка, свойства фотона.

2. Проверка домашнего задания.
А1. Отдельная порция электромагнитной энергии, поглощаемая атомом называется:

1. джоулем;

2. электрон-вольтом;

3. квантом;

4. электроном.

А2. Гипотезу о том, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями, выдвинул:

1) М. Фарадей;
2) Д. Джоуль;
3) М. Планк;
4) А. Эйнштейн.

А3. Импульс фотона определяется формулой:

1) p=h/λ;
2) E=hν ;
3) V=S/t;
4) m= hν/ c2 ;
.
А4. Энергия кванта пропорциональна:

1) длине волны;
2) времени излучения;
3) скорости кванта
4) частоте колебаний;

А5. Энергия фотонов при уменьшении длины световой волны в 2 раза

1) уменьшается в 2 раза;
2) увеличивается в 2 раза;
3) уменьшается в 4 раза;
4) увеличивается в 4 раза.

В. Если энергия первого фотона в 4 раза больше энергии второго , то отношение импульса первого фотона к импульсу второго фотона равна: 4

С. Найти длину волны фотона, у которого импульс равен 10 кг м /с. Чему равна энергия этого фотона?

Дано:
Р=10кг м/с
h=6.63 10-34Дж с
с=3 108м/с
λ-?Е-?

Решение:
Е=hν=hc/λ
ν=c/λ, отсюда имеем:
р=mc=hν/c=h/λ.отсюда λ=h/p/
λ=6.63 10-34Дж с/10 кг м /с=6.63 10-35 м
Е=(6.63 10-34Дж с 3 108м/с)/ 6.63 10-35 м=3 109 Дж.

Работа у доски

Записать формулу для вычисления кинетической энергии.

Ек=mv2/2

2. Перевести в Дж 1 эВ; 3.2 эВ.

1.6 10-19 Дж; 5,2 10-19 Дж.

3. Записать формулу для вычисления работы электрического поля.

А=q U

Фронтальный опрос:
1. В чём суть гипотезы М. Планка?
Свет может излучаться отдельными порциями световой энергии-квантами или фотонами.
2.От чего зависит энергия кванта излучения?
энергия кванта излучения зависит от частоты излучения
3.Докончить предложение: Фотон это…
- световой квант. Фотоном можно назвать и квант любых электромагнитных волн
4. Как зависит масса движущегося фотона от частоты света?
с увеличением частоты света, масса увеличивается
5. Единица измерения импульса фотона?
Дж с/м

3. Изложение нового материала
Немного истории открытия фотоэффекта.
Загадочным оказались закономерности, проявляющиеся в явлении «фотоэффекта», которое было открыто случайно в 1887 году немецким физиком Генрихом Герцем, когда он исследовал электрические колебания. Для проведения опыта он использовал электроскоп с присоединённой к нему цинковой пластинкой. Заряженную пластинку он освещал мощным источником света и обнаружил интересные моменты.
Фотоэффектом называют вырывание электронов из вещества под действием света.
Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888-1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым. Теория фотоэффекта была развита А. Эйнштейном (1905 г.) на основе квантовых представлений. Классическая волновая теория света оказалась неспособной объяснить закономерности этого явления.
Наиболее полное исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф. Ленардом в 1900 г. К этому времени уже был открыт электрон (Д. Томсон, 1897 г.), и стало ясно, что фотоэффект (или точнее - внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света.
Слово «фотоэффект» состоит из двух слов фото-свет (от греческого), эффект (от латинского ) действие, следовательно «фотоэффект» -это действие света. Если это действие, то наша задача на сегодня выяснить: какой эффект может произвести свет с веществом, каким законам он подчиняется, от каких характеристик зависит и где он нашёл применение.

Согласно квантовым представлениям свет излучается и поглощается отдельными порциями (квантами), энергия E которых пропорциональна частоте ν E = hν

где h = 6,63·10-34 Дж·с - постоянная Планка.

Чтобы вырвать электрон из вещества, нужно сообщить ему энергию, превышающую работу выхода A. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона определяется согласно Эйнштейну уравнением

Это уравнение объясняет основные закономерности фотоэффекта:

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от падающего светового потока.

Если между фотокатодом и анодом вакуумного фотоэлемента создать электрическое поле, тормозящее движение электронов к аноду, то при некотором значении задерживающего напряжения Uз анодный ток прекращается. Величина Uз определяется соотношением

Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, прямо пропорционально мощности светового потока P.

Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты νmin, то фотоэффект не происходит («красная граница фотоэффекта»)

У щелочных металлов красная граница лежит в диапазоне видимого света.

Модель является компьютерным экспериментом по исследованию закономерностей внешнего фотоэффекта. Можно изменять значение напряжения U между анодом и катодом фотоэлемента и его знак, длину волны λ в диапазоне видимого света и мощность светового потока P.

В эксперименте можно определить красную границу фотоэффекта и найти работу выхода материала фотокатода. Можно измерить запирающий потенциал Uз для различных длин волн и определить постоянную Планка h.
Сейчас и мы, благодаря видеофрагменту, сможем увидеть то, что в те далёкие годы увидел Герц. Демонстрация через проектор опытов Герца из сайта http://demo.home.nov.ru/toppage2.htm

Давайте попытаемся объяснить увиденную картину, а именно почему под действием света на отрицательно заряженную цинковую пластинку электроскоп разряжается, а когда освещают положительно заряженную пластину - никакого эффекта нет.
Ответ: Электроскоп будет разряжаться тогда, когда заряд с пластинки будет исчезать. Видимо, когда освещали отрицательно заряженную пластину светом, свет выбивает электроны с пластинки и электроскоп разряжается.
При положительном заряде пластинки вырванные светом электроны снова притянутся к пластине и осядут на ней. Поэтому заряд электроскопа не изменяется.
А почему, когда на пути светового потока поставить обыкновенное стекло, то отрицательно заряженная пластинка не теряет электроны, какова бы ни была интенсивность излучения?
Ответ: Возможно, что из-за того, что стекло поглощает ультрафиолетовые лучи, то вырывание электронов происходит под действием ультрафиолетовых лучей, которые обладают большой частотой и малой длиной волны.
К этим же выводам пришёл и Герц(слайд) и в 1887 году он публикует работу «О влиянии , ультрафиолетового света на электрический разряд» в которой описал, открытое им явление, а именно вырывание электронов из вещества под действием света.
Итак, «фотоэффект» это вырывание электронов из вещества под действием света, а электроны, вырванные светом называются фотоэлектронами, причём угол под которым фотоэлектроны вылетают из облучённой пластины может быть самым разным по отношению световых лучей от 0 до 180.
Для того, чтобы получить о фотоэффекте полное представление нужно выяснить от чего зависит число вырванных электронов, чем определяется их скорость и энергия.

Исследование фотоэффекта
1. Поэкспериментируем с напряжением.
Интенсивность света и частота постоянна. Обратите внимание на поток электронов.
Что происходит с потоком электронов?
-С увеличением напряжения поток электронов возрастает
Как это отражается на силе тока?
-Сила тока увеличивается.
Продолжим увеличивать напряжение. Что вы видите?
-Поток электронов больше не увеличивается.
Какой вывод можно сделать при выполнении эксперимента по изменению напряжения?
-С увеличением напряжения, растёт ток, но достигнув некоторого значения, ток больше не увеличивается.
Это максимальное значение силы тока называется током насыщения и обозначается I нас.
Как вы думаете, от чего будет зависеть ток насыщения?
1. От числа электронов, испущенных электродом за 1 с.

2.Теперь поэкспериментируем с интенсивностью света (интенсивность - энергия световой волны).

Что вы видите теперь?
-Увеличение интенсивности света привело к возрастанию значения тока насыщения.

Продолжим увеличение интенсивности света. Что вы видите?
-Результат тот же. С увеличением интенсивности. Фототок увеличивается..

На основании этого эксперимента мы подошли к открытии первого закона фотоэффекта, который выясняет, от чего зависит количество фотоэлектронов. Найдите формулировку закона в учебнике.

Вернёмся снова к напряжению. Установим U=0. Что вы наблюдаете?
- Поток электронов, долетающий до противоположного электрода, уменьшается, а затем прекращается совсем. Фототока нет. То есть электрическое поле тормозит электроны, тормозя их до полной остановки и возвращает их обратно.

Это напряжение, при котором фототок прекращается совсем, называется задерживающим напряжением.

1. А теперь оставим напряжение прежним, но изменим интенсивность волны. Меняется ли при этом задерживающее напряжение?

- Нет.

А если нет, то будет ли кинетическая энергия электронов зависеть от интенсивности света?
- Нет. Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от энергии световой волны.
Тогда от чего же зависит кинетическая энергия?
Возвратимся к эксперименту. Попробуем изменить частоту света (от красного до фиолетового) Что мы видим?
- Электроны опять стали стремиться к противоположному электроду. Значит, возросла их энергия. Мы пришли ко второму закону фотоэффекта.

Применение фотоэффекта
Фотоэффект используется в фотоэлектронных приборах, получивших разнообразные применения в науке и технике. На фотоэффекте основано превращение светового сигнала в электрический. Электрическое сопротивление полупроводника падает при освещении; это используется для устройства фотосопротивлений. При освещении области контакта различных полупроводников возникает фото-ЭДС, что позволяет преобразовывать световую энергию в электрическую (фотография на верху). Фотоэлектронные умножители позволяют регистрировать очень слабое излучение, вплоть до отдельных квантов. Анализ энергий и углов вылета фотоэлектронов позволяет исследовать поверхности материалов. В 2004 году японские исследователи создали новый тип полупроводникового прибора - фотоконденсатор, неразрывно соединяющий в себе фотоэлектрический преобразователь и средство хранения энергии. В преобразовании света новый прибор оказался вдвое эффективнее простых кремниевых солнечных батарей.

Открытие фотоэффекта имело очень большое значение для более глубокого понимания природы света. Но ценность науки состоит не только в том, что она выясняет сложное и многообразное строения окружающего нас мира, но и в том, что она даёт нам в руки средства, используя которые можно совершенствовать производство. Улучшать условия материальной и культурной жизни общества.

4.Закрепление нового материала
Итак, мы изучили с вами фотоэффект. Попробуем теперь ответить на следующие вопросы:

Что называют фотоэлектрическим эффектом?
В чем состоит экспериментальное исследование, проведенное А.Г. Столетовым?
Сформулируйте законы внешнего фотоэффекта.
Сравните установку А.Г.Столетова с установкой, изображенной в учебнике. Назовите их принципиальное сходство и различие.

А теперь выполним тест на закрепление.
1. Какой заряд окажется на двух цинковых пластинах, первая из которых заряжена положительно, а вторая - отрицательно, если их облучать ультрафиолетовым (УФ) светом?
А. Обе пластины будут заряжены отрицательно.
Б. Первая пластина приобретёт положительный заряд, вторая - отрицательный.
В. Обе пластины будут иметь положительный заряд.

2. Какие факторы определяют красную границу фотоэффекта:
1. длина волны; 2. вещество катода; 3. вещество анода?
А. 1, 2, 3.
Б. 1, 2.
В. 1, 3.

3. Как изменится скорость вылетающих из вещества электронов, если частота облучающего света увеличится?
А. Не изменится. Б. Увеличится. В. Уменьшится.

4. От каких параметров зависит фототок насыщения:
1. световой поток; 2. частота облучающего света; 3. скорость вылетающих электронов?
А. 1, 2. Б. 3. В. 1.

5. Длина волны облучающего света уменьшилась в 2 раза. Как изменилась работа выхода электрона?
А. Не изменилась. Б. Уменьшилась в 2 раза. В. Увеличилась в 2 раза.

5. Д/З§88,89; №1140.
Материал для справок:

Герц (Hertz) Генрих (22.II.1857-1.I.1894)

Немецкий физик, один из основателей электродинамики. Исходя из уравнений Максвелла, Герц в 1886-89 экспериментально доказал существование электромагнитных волн и исследовал их свойства (отражение от зеркал, преломление в призмах и т. д.). Электромагнитные волны Герц получал с помощью изобретенного им вибратора. Герц подтвердил выводы максвелловской теории о том, что скорость распространения электромагнитных волн в воздухе равна скорости света, установил тождественность основных свойств электромагнитных и световых волн. Герц изучал также распространение электромагнитных волн в проводнике и указал способ измерения скорости их распространения. Развивая теорию Максвелла, Герц придал уравнениям электродинамики симметричную форму, которая хорошо обнаруживает полную взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями. Построил электродинамику движущихся тел, исходя из гипотезы о том, что эфир увлекается движущимися телами. Однако его электродинамика оказалась в противоречии с опытом и позднее уступила место электронной теории Х. Лоренца. Работы Герца по электродинамике сыграли огромную роль в развитии науки и техники и обусловили возникновение беспроволочной телеграфии, радиосвязи, телевидения, радиолокации и т. д.

В 1886-87 Герц впервые наблюдал и дал описание внешнего фотоэффекта. Герц разрабатывал теорию резонаторного контура, изучал свойства катодных лучей, исследовал влияние ультрафиолетовых лучей на электрический разряд. В ряде работ по механике дал теорию удара упругих шаров, рассчитал время соударения и т. д. Именем Герца названа единица частоты колебаний.

Томсон (Thomson) Джозеф Джон (18.XII.1856-30.VIII.1940)

Английский физик, член Лондонского королевского общества (с 1884, в 1915-20 - президент). В 1884-19 профессор Кембриджского университета и руководитель Кавендишской лаборатории; одновременно в 1905-18 профессор Королевского института в Лондоне. Ранние работы Томсона посвящены вычислению электромагнитного поля движущегося заряженного шара, теории вихрей, прецизионному измерению отношения абсолютных электрических единиц к электромагнитным. Занимаясь изучением газового разряда, Томсон совместно с сотрудниками выполнил серию классических работ, приведших его к открытию электрона (впервые измерил отношение заряда электрона к массе, 1897; Нобелевская премия, 1906). Томсон дал объяснение непрерывного спектра рентгеновского излучения, установил природу положительных ионов, предложил первую модель строения атома. В 1911 Томсон разработал так называемый метод парабол для измерения отношения заряда частицы к ее массе, который сыграл большую роль в исследовании изотопов.

Большое значение имела научно-организационная деятельность Томсона. Возглавляемая им Кавендишская лаборатория превратилась в ведущий научно-исследовательский физический центр, в котором под его руководством работали крупнейшие английские физики (Э. Резерфорд, Ч. Вильсон, Ф. У. Астон, У. Ричардсон и др.). Будучи убежденным сторонником классической физики, Томсон придерживался гипотезы эфира.

Рефлексия. Выставление оценок. Домашнее задание.

Конспект урока физики в 9 классе

по теме «Математический маятник»

Цели урока:

1) Обучающая - выяснить зависимость периода математического маятника от длины нити.

2) Развивающая - умение наблюдать и выдвигать гипотезы при решении поставленных вопросов, развитие способов мыслительной деятельности, развитие речи, развитие познавательного интереса учащегося.

3) Воспитательная - воспитание устойчивого интереса к предмету, положительного отношения к занятиям.

Задачи урока:

1. Определить зависимость периода математического маятника от длины нити.

2. Научится применять эту зависимость на практике.

Тип урока: изучение нового материала

Форма урока: исследование

Предварительная подготовка: выучить теорию по теме «Механические колебания», подготовить оборудование для эксперимента.

Используемая технология: технология проблемного обучения, исследовательская.

Оборудование на уроке:

Штатив (на каждой парте), нить, груз, секундомеры (у ребят),

калькулятор (у ребят), I ряд - набор грузов по 3 шт., II ряд - нить разной

длины, III ряд - маятник.

Ожидаемый результат:

- учащиеся должны научиться использовать формулу периода математического маятника для определения расстояния.

Этапы урока:

1. Актуализация проблемы. - 2 мин.

2. Проверка д/з - теории по теме - 5 мин.

3. Эксперимент - 33 мин.

4. Подведение итогов - 3 мин.

5. Домашнее задание - 2 мин.

Ход урока

Учитель: Сегодня я хочу вам предложить решить одну, на первый взгляд, простую задачу. Нужно определить ширину вашей парты. Но есть одно условие: вы можете использовать только нить, груз и секундомер. Можно ли сделать это измерение?

Ученики: Нельзя этого сделать.

Учитель: А может быть, мы просто чего-то не знаем? Какую тему мы сейчас проходим?

Ученики: Механические колебания.

Учитель: Давайте предположим, что получение некоторых новых знаний по данной теме позволит нам решить поставленную задачу.

Можно ли получить механические колебания при помощи предложенных мной предметов?

Ученики: Да, груз может колебаться на нити.

Учитель: Сделайте это.

Действительно, данная система носит название - математический маятник. Соорудите математический маятник.

Давайте дадим определение.

Ученики: Маятник - это твердое тело, которое совершает механические колебания вокруг неподвижной точки.

Учитель: А теперь попробуем дать определение для нашего маятника.

Посмотрите на него.

Ученики: Математический маятник - это груз, подвешенный на нити.

Учитель: Хорошо, молодцы, но еще условие: нить - нерастяжимая и невесомая

Вспомним некоторые характеристики колебательного движения.

Опрос-повторение:

1.Максимальное отклонение от положения равновесия называется… (амплитуда колебаний)

2. Время одного колебания называется… (период колебаний)

3. Период колебаний обозначается…( Т )

4. И измеряется в… (секундах)

Как определить период колебаний математического маятника?

Ученики: Нужно измерить время нескольких колебаний и разделить их на количество колебаний.

Учитель: Действительно, Т=

Давайте посмотрим на нашу модель математического маятника и подумаем, от чего может зависеть период колебаний?

Версии учеников:- от массы груза

- от амплитуды

- от длины нити

- от среды, в которой находится маятник

Учитель: Давайте экспериментально определим, от чего зависит период математического маятника.

Первый ряд - проверяет зависимость от массы груза.

Второй ряд - от длины нити.

Третий ряд - от амплитуды колебаний.

(работа парами и группой (ряд))

Проходит экспериментальная проверка - 5 мин.

Учитель: Что же мы получили?

Ученики: I - период колебаний не зависит от массы груза

II - период колебаний зависит от длинны нити

III - период колебаний не зависит от амплитуды колебаний

Учитель: эксперимент может помочь для решения нашей задачи - определение ширины стола?

Ученики: Если мы найдем зависимость периода от длины, то сможем это сделать.

Учитель: Для вас самое сложное - это вывод формулы, т.к. это не предусмотрено программой 9 класса. Поэтому, я записала вывод сама, а вы запишите только конечный результат.

l= , где l - длина маятника

Т - период колебаний маятника

g = 9,8 м/ (ускорение свободного падения)

π= 3,14

Вопрос учителя: Ребята, как вы думаете - почему в формулу входит

физическая величина g?

Ученики: Т.к. на шарик действует сила тяжести.

Учитель: А почему π?

Ученики: Шарик движется по окружности.

Учитель: Итак, мы нашли зависимость длины математического маятника от периода колебаний. Можем ли мы решить теперь задачу?

Ученики: Да, нужно взять длину нити, как ширина стола, сосчитать период (Т= ) и вычислить эту длину.

Учитель: Сравните ваш результат с результатом, измеренным линейкой.

Что еще можно измерить с помощью математического маятника?

Ученики: Наш рост, периметр класса, площадь класса и т.д.

Учитель: А если посмотреть на формулу, которую мы получили, то какую величину можно еще вычислить?

Ученики: Можно вычислить ускорение свободного падения, можно вычислить число π, можно определить период математического маятника.

Учитель: Домашним заданием вам будет следующая задача: Вычислить ваш рост используя математический маятник. ( Эксперимент подробно записать.)

Как можно сделать в домашних условиях маятник?

Ученики: …

Учитель: Взять небольшой груз (гайку, шарик) подвесить на нить и прикрепить в дверной проем на гвоздик.

Подведение итога:

Учитель: Что нового вы сегодня узнали на уроке?

Предполагаемые ответы: С помощью математического маятника

можно определить длину, период, ускорение свободного падения.

Период математического маятника не зависит от массы груза и от

амплитуды колебаний.

Домашнее задание:

1. Вычислить ваш рост используя математический маятник (экспериментально).

2. Придумать вопрос (для учителя) по изученной теме.

а) репродуктивный вопрос - вопрос по пройденной теме (повторение

известного)

б) расширяющий вопрос - позволяющий узнать новое об изученном

объекте.

Учитель: Спасибо за работу! Мне очень понравилось сегодня с вами работать! Молодцы. До новых встреч!

8 класс

Взаимодействие электрических зарядов.
Закон Кулона. Решение задач»
Тип урока: изучение нового материала.
Цели:
Образовательная:
Рассмотреть, как происходит взаимодействие точечных зарядов.
Добиться понимания учащимися закона Кулона, его физического смысла и границ применения.
Сравнить электростатические и гравитационные силы.
Воспитательная:
формирование научного мировоззрения.
формирование основных навыков решения задач на применение закона Кулона.
Развивающая:
развитие умений наблюдать, анализировать, сравнивать и делать выводы.
Оборудование: учебник 8 класс «Физика и астрономия», ПК, проектор, экран, доска, компьютерная презентация, раздаточный материал.
План урока:
I. Организационный момент (3 минуты).
II. Актуализация имеющихся знаний (10 минут).
III. Объяснение нового материала (15 минут).
IV. Решение задач (15 минут).
V. Домашнее задание, подведение итогов (2 минуты).
Ход урока.
1. Организационный момент.
- Здравствуйте! Садитесь.
- Ребята, в течение двух последних уроков мы с вами рассматривали начала электростатики, ее качественные законы (особенности). Начиная с этого урока, мы приступим к изучению количественных законов электромагнитных взаимодействий, а сегодня рассмотрим основной закон электростатики - закон взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел или частиц (закон Кулона).
- Но прежде, давайте вспомним, что мы с вами изучили на прошлом уроке.
2.Актуализация имеющихся знаний.
1. Тест
1 вариант
1. Силы, действующие на заряды, правильно указаны на рисунке
A. только А
B. только Б
C. только В
D. Б и В
E. А и В
2. Если две заряженные материальные точки притягиваются, то обязательно
A. обе имеют положительный заряд
B. обе имеют отрицательный заряд
C. одна имеет положительный заряд, а другая - отрицательный
D. либо обе имеют положительный заряд, либо обе имеют отрицательный заряд
3. Если две заряженные материальные точки отталкиваются, то обязательно
A. обе имеют положительный заряд
B. обе имеют отрицательный заряд
C. либо обе имеют положительный заряд, либо обе имеют отрицательный заряд
D. одна имеет положительный заряд, а другая - отрицательный
4. Единица измерения электрического заряда (в СИ)
A. Вольт
B. Ватт
C. Кулон
D. Ом
E. Ампер
5. Водяная капля с электрическим зарядом +2.10-8 Кл соединилась с другой каплей, обладающей зарядом +2.10-8 Кл. Заряд образовавшейся капли равен
A. +4.10-8 Кл
B. +2.10-8 Кл
C. 0
D. -2.10-8 Кл
E. -4.10-8 Кл
6. От водяной капли, обладающей электрическим зарядом +2е, отделилась маленькая капля с зарядом -3е. Электрический заряд оставшейся части капли равен
A. -5е
B. -3е
C. -е
D. +3е
E. +5е 2 вариант
1. В каком случае взаимодействие зарядов указано правильно?
A. только А
B. только Б
C. только В
D. Б и В
E. А и В
2. Известно, что натиранием о шерсть заряжаются палочки из резины, серы, эбонита, пластмассы, капрона. Заряжается ли при этом шерсть?
A. Да, т.к. в электризации трением всегда участвуют два тела и при этом электризуются оба;
B. хотя в электризации трением участвуют два тела, в опытах всегда используются только палочки. Поэтому можно считать, что заряжаются только палочки.
3. Как взаимодействуют друг с другом эбонитовая палочка, наэлектризованная трением о мех, и стеклянная палочка, наэлектризованная трением о шёлк?
A. будут притягиваться
B. будут отталкиваться
C. не будут взаимодействовать
4. Нейтральная капля разделилась на две. Первая обладает электрическим зарядом +q . Каким зарядом обладает вторая капля?
A. +2q
B. -q
C. +q
5. Можно ли создать или уничтожить электрический заряд?
A. Нельзя создать или уничтожить электрический заряд.
B. Создать можно, уничтожить нельзя.
C. Создать нельзя, уничтожить можно.
6. Алгебраическая сумма электрических зарядов атома в нормальном состоянии равна нулю, поэтому он:
A. Заряжен отрицательно
B. Электрически нейтрален
C. Заряжен положительно
Ответы:
1 вариант: 1.В; 2.С; 3.С; 4.С; 5.А; 6.Е
2 вариант: 1.С; 2.А; 3.С; 4.С; 5.А; 6.В.
Фронтальный опрос. (Вопросы на слайдах)
1. Какие меры предосторожности надо принять, чтобы при переливании бензина из одной цистерны в другую он не воспламенился?
(Во время перевозки и при переливании бензин электризуется, может возникнуть искра, и бензин вспыхнет. Чтобы этого не произошло, обе цистерны и соединяющий их трубопровод заземляют)
2. Для заземления цистерны бензовоза к ней прикрепляют стальную цепь, нижний конец которой несколькими звеньями касается земли. Почему такой цепи нет у железнодорожной цистерны?
(Потому, что железнодорожная цистерна заземлена через колеса рельса)
3. Может ли одно и тоже тело, например эбонитовая палочка, при трении электризоваться то отрицательно, то положительно?
(Может, в зависимости от того, чем ее натирают)
4. Если вынуть один капроновый чулок из другого и держать каждый в руке на воздухе, то они расширяются. Почему?
(При трении чулки электризуются. Одноименные заряды отталкиваются. Поэтому поверхность чулка раздувается.)
5. Газета «Известия» 22 марта 1969 года поместила следующий репортаж своих корреспондентов: «…В Швеции сейчас наблюдается любопытное явление. Здороваешься за руку, и вдруг тебя бьет током, взялся за какой-то металлический предмет - опять удар. В чем дело? Все объясняется просто. Воздух в Скандинавии сейчас настолько сух, что статическое электричество не уходит из организма, а накапливается в нем в больших количествах. От сверхмерной наэлектризованности люди становятся более раздражительными и повышенно возбудимыми». Насколько, с точки зрения физики, обоснованы выводы авторов?
- Мы с вами сейчас вспомнили, что происходит при взаимодействии тел.
- А теперь давайте рассмотрим, с какой силой могут взаимодействовать заряженные тела.
3. Объяснение нового материала.
- Ребята, откройте тетради и запишите тему сегодняшнего урока «Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Решение задач».
- Первые количественные результаты по измерению силы взаимодействия двух точечных зарядов были получены в 1785 году французским ученым Шарлем Огюстеном Кулоном.
- Сегодня мы введем понятие точечного заряда.
Точечный заряд - заряд, сосредоточенный на теле, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.
- Понятие точечного заряда, как и материальной точки является физической абстракцией.
- Кулон для измерения этой силы использовал крутильные весы.
Видеодемонстрация «Крутильные весы»
- После просмотра фильма проанализируем ответы на следующие вопросы:
1) Из каких элементов состоят крутильные весы?
2) Как Кулон определил силу взаимодействия заряженных сфер?
3) В результате многочисленных измерений силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме Кулон установил зависимость. Какую?
Крутильные весы:
1. Незаряженная сфера
2. Неподвижная заряженная сфера
3. Легкий изолирующий стержень
4. Упругая нить
5. Бумажный диск
6. Шкала
- Итак, Кулон определял силу взаимодействия заряженных сфер по углу закручивания нити в зависимости от расстояния между ними.
- В результате многочисленных измерений силы взаимодействия двух неподвижных точеных зарядов в вакууме Кулон установил закон, названный впоследствии его именем.
Закон Кулона: Два неподвижных точечных электрических заряда взаимодействуют в вакууме с силой, прямо пропорциональной произведению этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
где:
q 1,q 2 - величина зарядов [Кл]
r- расстояние между зарядами [м]
k - коэффициент пропорциональности [Н•м2/Кл2]
F- сила Кулона (кулоновская сила) [Н]
- Ребята давайте запишем в тетрадь закон Кулона, величины и единицы их измерения.
- В Международной системе единиц (СИ) за единицу электрического заряда принят 1 кулон (1 Кл).
1 кулон - это точечный заряд, который действует в вакууме на равный ему точечный заряд, расположенный на расстоянии, равном 1 м, силой 9•109 Н.
- Опытным путем было установлено, что коэффициент пропорциональности k в СИ имеет вид:
В СИ закон Кулона для вакуума имеет вид:
- Дальнейшие опыты показали, что наличие вещества вокруг зарядов влияет на силу их взаимодействия. Если, не меняя заряды и их взаимное расположение, пространство заполнить однородной непроводящей средой (керосином, водой, маслом и т.п.), то сила взаимодействия между зарядами уменьшится в ε раз. Величина ε называется диэлектрической проницаемостью среды. Для каждой среды она имеет определенное значение, полученное опытным путем.
- Итак, закон Кулона в зависимости от среды имеет вид:

Границы применимости закона:
Заряженные тела должны быть точечными. Если же размеры и расстояния соизмеримы, то закон Кулона не применим. В этом случае необходимо мысленно «разбить» тело на такие малые объемы, чтобы каждый из них отвечал условию точечности. Суммирование сил, действующих между элементарными объемами заряженных тел, дает возможность определить электрическую силу.
Заряженные тела должны быть неподвижными, т.к. при движении заряженных тел проявляется действие магнитного поля, возникающего в результате этого движения.
4. Решение задач.
1. Во сколько раз изменится сила взаимодействия между двумя точечными заряженными телами, если:
а) расстояние между ними увеличить в 3 раза;
б) заряд одного из них увеличить в 5 раз?
Дано:
r1=r
r2=3r
q1=q2=q Решение:
Ответ: сила уменьшится в 9 раз.
F1/F2 - ?
Дано:
r=r*
q1=q2=q
q1*=q
q2*=5q Решение:
Ответ: сила увеличится в 5 раз.
F*/F-?
2. Определите силу взаимодействия 2 одинаковых точечных зарядов по 1 мкКл, находящихся на расстоянии 30 см друг от друга.
Дано:
q1=q2=1 мкКл
r=30 см
k=9•109 Н•м2/Кл2 СИ:
1•10-6 Кл
0,3 м Решение:
Ответ: F=0,01 Н
F-?
3. Сила взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов, находящихся на расстоянии 0,5 м, равна 3,6 Н найдите величины этих зарядов.
Дано:
r=0,5 м
F=3,6 Н
k=9•109 Н•м2/Кл2
q1=q2=q Решение:
Ответ: q=0,1•10-4 Кл
q - ?
4. На каком расстоянии нужно расположить два заряда 5•10 -9 Кл и 6•10 -9 Кл, чтобы они отталкивались друг от друга с силой 12•10-5 Н.?
Дано:
F=12•10-4 Н
k=9•109 Н•м2/Кл2
q1=5•10 -9 Кл
q2 =6•10 -9 Кл Решение:
Ответ: q=0,1•10-4 Кл
r - ?
5. Определите расстояние между двумя одинаковыми электрическими зарядами, находящимися в керосине, с диэлектрической проницаемостью ε, если сила взаимодействия между ними такая же, как в вакууме на расстоянии 30 см.
Дано:
ε=2,5
q1=q2=q
F1=F2
r2= 5м Решение:
Ответ: r1=10м
r1 - ?

5. Домашнее задание, подведение итогов