§ 31. Кулон заңы.
Сабақтың мақсаты:
Оқушыларға электр өрісі тарауы бойынша мағлұмат бере отырып, денелердің электрленуі, атом құрылысы және Кулон заңы турасында түсінік беру.
Ой-өрісін, белсенділік пен қабілеттілігін, танымдық қызығушылығын дамыту.
Эксперименттік тапсырмаларды орындату арқылы өз бетінше жұмыс істеуге дағдыландыру.
Сабақтың түрі: Дәстүрлі сабақ.
Сабақтың әдісі: Баяндау
Сабақтың көрнекілігі: Таблицалар, тірек-сызбалар, эбонит, шыны таяқшалар, электроскоп, жібек, тері материалдар, слайдтар, султандар, электростатикалық машина, интерактивті тақта, электрондық оқулық
Сабақтың типі: Жаңа білімді меңгерту.
Сабақтың барысы: Ұйымдастыру бөлімі.
Орасан зор қуатты мотордан бастап, түймедей микроқозғалқышқа дейінгі электр қозғалтқыштары Жерде өндірілген барлық электр энергиясының көп бөлігін тұтынады. Қазіргі таңда электр энергиясын өндіру, тарату және пайдалану өндірістің барлық материалдық игілігінің негізі болуда. «Электр», «Электр тогы», «Магниттер», «Электромагниттік құбылыс» деген сөздер Қазіргі заманда әр адамға таныс.
Егер пласмасса тарақтарды немесе қаламдарды киімге үйкелесе, онда ұсақ қағаздарды өзіне тартатынын көруге болады. Құрғақ шүберекпен сүртілген айна, шыны, пластинка тоөаңды және басқа ұсақ бөлшектерді өзіне тартады.
Бұл құбылыстар өте ертеден белгілі. Біздің заманымызға дейінгі 600 жылдары ертедегі гректер сары янтардың ерекше қасиеті бар екендігін байқаған. Гректер оны «электрон», ал оған қатысты құбылысты денелердің электрленуі деп атаған. Денелердің электрлену құбылысы түрлі тектегі екі дененің жанасуы, соқтығысуы, жарылуы кезінде көрініс табады.
Денелердің өзара электрлік әрекеттесуінен электр заряды деген физикалық шама туындайды. Зарядтардың екі түрі болады: + оң – шыны, - теріс – эбонит. Электр зарядтарының өзара әрекеттесуін қарастырайық. М. 62- сурет (а,ә,б).
Аттас және әр аттас зарядтардың өзара әрекетесуі туралы айта келіп, неге оң заряд, неге теріс заряд болатындығын түсіндіру.
Е. Денелердің электрленуін байқауға арналған құрал электроскоп деп аталады. Электроскоп құрылғысын пайдаланып құрылысымен, жұмыс істеу принципімен таныстыра отырып, түрлі тәжірибелер көрсету.
электр өткізгіштер
З
аттар болып бөлінеді.
электр өткізбейтіндер
Электр өткізгіштер – металдар, адамдар мен жануарлар, ылғалды жер
Электр өткізбейтіндер – пласмасса, шыны фарфор, ауа, ағаш, резина.
Кез келген зат молекуладан тұрады, ал молекулалар атомдардан құралады. Орыс ғалымы А.Ф.Иоффе мен американ ғалымы Р.Милликен бір-біріне тәуелсіз жүргізген тәжірибелері арқылы электр зарядының ең соңғы бөліну шегін тауып, оған электрон днп атақ берді. е = 1,6*10-19 Кл / заряды теріс/, m = 9.1*10-31кг екендігі есептеліп шығарылды.
Атомда қанша протон болса, сонша электрон болады. Егер өзара әректтесу барыснда электронын беріп жіберсе, ол оң зарядталады, ал керісінше басы артық электронды өзіне қосып алса, онда ол теріс зарядталады. /Эбонит және шыны таяқшалар/.
Аттас және әр аттас зарядтар арасында тартылыс және тебіліс әсері болады. Осы әсерді зарядтар арасындағы әрекеттесуші күштер екендігін 1785 жылы француз ғалымы Шарль Кулон тәжірибе жүзінде дәлелдеп ашты. Кулон заңын ашып түсіндіру. 67 – сурет.
F ~ q *q
F ~ (q *q ) / r 2
F ~ 1 / r 2
Қозғалмайтын екі нүктелік заряд вакуумде зарядтардың көбейтіндісіне тура пропорционал және оның арақашықтығының квадратына кері пропорционал күшпен әрекеттеседі.
F = k*(q *q ) / r 2
к = 9*109 Н*м2/ Кл2 - пропорционалдық коэффициент
ε = 8.85*10-12Кл2/Н*м2 - электр тұрақтысы
F = 1 / 4π ε * (q * q ) / r 2 н/е F = 1 / 4π ε * (q * q ) / ε*r 2
ε- диэлектрлік өтімділік.
Сабақтың тақырыбы: IV тарау. Электр өрісі.
§ 32. Электр өрісі. Кернеулік.
§ 33. Потенциал.
§ 34. Конденсаторлар.
Сабақтың мақсаты:
а).Оқушыларға электр өрісі тарауы бойынша мағлұмат бере отырып, зарядталған денелер арасында болатын әрекет етуші күштерді графикте кернеулік арқылы кескіндеу, потенциал, электр зарядын жинақтаушы құрал конденсатортуралы түсінік беру.
ә). Ой-өрісін, белсенділік пен қабілеттілігін, танымдық қызығушылығын дамыту.
б).Эксперименттік тапсырмаларды орындату арқылы өз бетінше жұмыс істеуге дағдыландыру.
Сабақтың түрі: Дәстүрлі сабақ.
Сабақтың әдісі: Баяндау / лекция /
Сабақтың көрнекілігі: Таблицалар, тірек-сызбалар, эбонит, шыны таяқшалар, электроскоп, жібек, тері материалдар, слайдтар, султандар, электростатикалық машина.
Сабақтың типі: Жаңа білімді меңгерту.
Сабақтың барысы: Ұйымдастыру бөлімі.
Сабақ тәжірибе көрсету арқылы басталды. Мұнда электроскоп, эбонит,шыны таяқшалар, жібек, тері материалдар, жеңіл гильзаларды пайдаланылды. М. Тарақпен таралған ұзын шаш, киімге үйкеленген қалам, таза сүртілген айна мен шыны. Электроскоппен жасалған тәжірибені ауасы сорылып алынған кеңістікте қайталаса ешқандай өзгеріс болмайтынын көруге болады. М. 68 сурет ( а,ә,б ). Бұл тәжірибелерді қарастыру арқылы зарядталған денелер арасында электр өрісі деп аталатын кеңістіктің бар екендігіне көз жеткізуге болады. Оны ағылшын ғалымдары М.Фарадей және Дж. Максвелл енгізді.
Электр зарядтарының айналасында болатын электр өрісінің әсері күшпен сипатталады. Себебі E ~ F болады.
E = F/q [ E = 1 Н / Кл ] E = k* q / r2
Электр өрісін графикте кескіндеу үшін ағылшын ғалымы Фарадей Е өріс кернеулігінің күш сызықтарын салуды енгізді.
Электр өрісінің күш сызықтары деп өрістегі оң зарядталған бөлшекке әрекет ететін күштің бағытын көрсететін сызықтарды айтады.
М. 69 сурет ( а,ә,б )
Электр өрісіне енгізілген зарядталған денеге өріс тарапынан күш әрекет етеді. Осы күш әсерінен дене орын ауыстырып, жұмыс істейді.
A = E - E A / q = E / q – E / q
мұндағы E / q = φ - өріс потенциалы деп аталады.
U = φ - φ = E / q – E / q = A / q
A = q * ( φ - φ ) = q * U
Оң зарядты өрістің бір нүктесінен екінші нүктесіне орын ауыстырғанда, өріс атқаратын жұмыстың осы зарядқа қатынасын потенциалдар айырымы немесе кернеу деп атайды.
φ - φ = A / q = U E = F / q F = q * E A = F * d
U = φ - φ = A / q = F * d / q = qEd / q = E*d
E = U / d [ E = 1 В / м ]
Әр аттас электр зарядын жинақтау үшін конденсатор құрылғысы пайдаланылады.
Е. Конденсатор деп қалыңдығы өткізгіштің өлшемдерімен салыстырғанда өте аз, диэлектрик қабатымен бөлінген қос өткізгіштен тұратынденелер жүйесін айтады.
конденсатордың шартты белгісі.
С - конденсатордың электрсыйымдылығы
C = q / U [ C = 1 Кл / В = 1 Ф ]
q ~ S
C ~ S / d C = ε * ε *S / d
U ~ d
Конденсаторларды қайда қолданылатындығ туралы мағлұмат беру. 72 сурет.
№17.
1/. U = 100 В
q = 1*10 -9 Кл C = q / U C = 1*10 -9 Кл / 100 В = 1*10 -11Ф
C = ?
2/. C = 3*10 -6 Ф C = q / U
U = 4.4*10 -4Кл / 3*10 -6Ф = 147В
q= 4.4*10 -4 Кл U = q / C
U = ?
Үйге тапсырма: IV тарау. § 28 – 34. № 855 /Д/.
№ 855. /Д/.
2*10 -6Кл заряд орын ауыстырғанда 8*10 -4Дж жұмыс істелетін болса, екі нүктелік зарядтың арасындағы потенциалдар айырымын есептеңдер.
4 – сабақ.
«Бақытты сәт» оқыта үйрету ойыны.
I гейм. «Бой сергіту».
Әр командаға 5 сұрақтан беріледі. Сұрақтарды мына қоржыннан таңдап аласыздар.
-
Нелітен эбонит теріс, ал шыны оң зарядталады? -
Аттас және әр аттас зарядтардың әрекеттесуі. -
Электроскоп деген не? -
Электроскоппен қалай жұмыс істеуге болады? -
Өткізгіштер мен өткізбейтіндерге не жатады? -
Атом моделін ұсынған кім? -
Атом неден тұрады? -
Оң және теріс заряд қалай пайда болады? -
Нелітен атом заряды жағынан бейтарап? -
Кулон заңы. -
Электр өрісінің кернеулігі деген не? -
Оң және теріс зарядтардың күш сызықтары қалай бағытталады? -
Потенциал деген не? -
Кернеу қандай шамаларға тәуелді? -
Конденсатор деген не?
II гейм. «Формулалар сыр шертеді».
Электр өрісі тарауында өткен барлық формулаларды талдап, түсіндіріп беру керек.
F = k*q1*q2/ r2; E = k*q0/ r2; U = A / q = φ1- φ2;
C = q / U; C = ε* ε0*S / d; A = q*E*d
E = F / q; U = E*d; φ = Ep / q;
III гейм. «Жұмбақтас».
Тарауды өтуде пайдаланылған тірек-сызбаларды түсіндіріп беру.
I топ «Электростатика», «Атом құрылысы».
II топ «Кулон заңы», «Электр өрісі».
III топ «Электр өрісі кернеулігі», «Потенциал».
IV гейм. «Сен – маған, мен - саған».
Әр команда физикалық эксперимент жасап көрсетеді және неліктен бұл құбылыс болатынын түсіндіреді.
Эксперимент жасауда пайдаланылатын құралдар: электростатикалық машина, эбонит , шыны таяқшалар, жібек, тері материалдар, султандар, электроскоп, гильзалар.
V гейм. «Көмекке ұмтылу».
Командаларға түрлі есептер беріледі. Есептерді топтасып бір-біріне көмектесіп шығарады.
№1. 10нКл және 16нКл зарядтар бір-бірінен 7мм қашықтықта орналасқан. Кіші зарядтан 3мм және үлкен зарядтан 4мм қашықтықтағы нүктеге орналасқан 2нКл зарядқа қандай күш әсер етеді?
№2. Бір-бірінен 10 см қашықтықта орналасқан кішкентай екі шардың бірдей теріс зарядтары бар және олар 0,23 мН күшпен өзара әсерлеседі. Әр шардағы «артық» электрондардың санын табыңдар.
№3. Екі бұлттың арақашықтығы 10 км. Электр зарядтары сәйкесінше 10 және 20 Кл. Олар қандай күшпен өзара әрекеттеседі?
№4. Сутегі атомының электроны 0,5*10 -10м радиуспен айналып жүр. Электр өрісінің кернеулігін анықтаңдар.
№5. Конденсатордың пластиналарының жұмыстық ауданын 2 есе азайтса, ал олардың арақашықтықтарын 3 есе кемітсе, конденсатор сыйымдылығы неше есе өзгереді?
№6. Жазық конденсатор пластиналарының әрқайсысының ауданы 200см2, ал олардың арақашықтығы 1 см. Егер өріс кернеулігі 500 кВ/м болса, өріс энергиясы қандай болады?
3 – сабақ.
«Қарлы кесек» оқыта үйрету ойыны.
Сыныптағы 25 оқушыны 5 үстелге А1 – А5, Б1 – Б5, В1 – В5, Г1 – Г5, Д1 – Д5 бөліп отырғыздым да әр үстелдегі топқа 7 минут әзірленуге тапсырмалар бөліп бердім. Берілген тапсырмалар бойынша оқушылар дайындалып, дәптерлеріне қарастырған тақырыбын тезис түрінде түсіріп алды.
А тобы – Денелердің электрленуі
Б тобы – Кулон заңы. Электр зарядтары.
В тобы – Электр өрісі. Кернеулік.
Г тобы – Атомның құрылысы.
Д тобы – Конденсаторлар. Потенциал.
Әзірленіп болған соң біріңғай 1-ші,2-ші,3-ші,4-ші,5-ші номерлі оқушылар үстелдерге бөлініп отырды да әрқайсысы өзі оқыған тақырыбын ортаға салды. Оқушылардың тақырыпты түсінікті етіп жеткізуіне қарай сабақ соңында оларды бағаладым. Сабақ соңында қалған 15 минутында есептер шығардық.
Электростатика
№ 1 тірек – сызба
Электр заряды – q [1 Кл]
-
q
| q е | = | q p | = q min
+
Электрлену
Үйкелу Жанасу Соғылу
Зарядтың сақталу заңы.
q1 + q2 +q3+ …qn = const
Электроскоп.
№ 2 тірек – сызба.
Электроскоп –дененің электрленуін анықтайтын құрал.
Электр өткізгіштер – металдар, адамдар мен жануарлар, ылғалды жер.
Диэлектриктер – ауа, шыны, пласмасса, ағаш, резина, фарфор.
Эбонит ( - ), шыны ( + ) таяқшалар
Атомның құрылысы.
№ 3 тірек – сызба.
Э. Резерфорд 1911 жыл.
Атом моделі немесе
Резерфорд моделі
Ядро - протон +
Атом нейтрон 0
Электрон -
e = 1.6*10 -19 Кл
} Электрон заряды мен массасы
me = 9.1*10 -31кг
Зарядтардың бөлінуі
q1 = q2
Кулон заңы.
№ 4 тірек – сызба.
F ~q1
F ~q2 } F ~ q1*q2 / r2
F ~1/r2
F = k*q1*q2 / r2 - Кулон заңы
мұндағы k = 9*109Н*м2/Кл2
[q] = [ 1 Кл = 1А*с] k = 1 / 4πε0
ε0 = 8.85*10 -12 Кл2/ Н*м2-электр тұрақтысы
F = 1 / 4πε0* k*q1*q2 /ε* r2
Электр өрісі.
№ 5 тірек – сызба.
Электр өрісінің кернеулігі
E = k*q0 / r2
E = F / q [E = 1Н / Кл]
E F E F
Күш сызықтары -
-
басы ( + ), шегі ( - ) болады -
қиылыспайды
Потенциал – φ = Ep /q; [φ = 1 Дж / В];
Кернеу – U = φ1 - φ2 = A / q = E*d ; [ U = 1В];
-
конденсатор шартты белгісі
C = q / U; C = ε*ε0*S / d; [ C = 1 Кл / В = 1Ф]
С = 1мкФ = 1*10 -6Ф
С = 1нФ = 1*10 -9Ф
С = 1пФ = 1*10 -12Ф