Далее заряжают электрические маятники разноименно и медленно сближают их до тех пор, пока они, притягиваясь, не коснутся друг друга. После соприкосновения гильзы опадают и практически оказываются почти незаряженными.
Устройство и действие электроскопа, электрометра.
Оборудование: 1)электроскоп или электрометр, 2)палочка из органического стекла, 3)кусок меха.
Электроскоп - прибор чувствительный и удобный, служит для обнаружения заряда. Главной части электроскопа является металлический стержень с двумя подвешенными к нему станиолевыми полосами - лепестками. Все остальное (стеклянная банка, пробка) служит только для установки главной части и защиты ее от повреждения.
Для демонстрации действия электроскопа электризуют палочку, а затем заряжают ею электроскоп. В результате отталкивания одноименных зарядов станиолевые лепестки у заряженного электроскопа разойдутся на больший или меньший угол в зависимости от величины сообщенного заряда.
Проводники и изоляторы.
Оборудование: 1)электроскопы (пара), 2)разрядник прямой на изолирующей ручке, 3)линейка деревянная ученическая, 4)палочка стеклянная, 5)палочка из органического стекла, 6)кусок меха.
Устанавливают рядом два электроскопа и, зарядив один из них с помощью палочки из органического стекла, соединяют шарики электроскопов проволочным разрядником, держа его за изолирующую ручку. Лепестки заряженного электроскопа резко опадают, а незаряженного - расходятся так, что углы между лепестками в обоих электроскопах оказываются одинаковыми. Это значит, что электрический заряд распределился поровну между двумя электроскопами.
Повторяют опыт, но шарики электроскопов соединяют деревянной линейкой, держа ее на планке из органического стекла. При этом наблюдается медленное опадание лепестков одного электроскопа, в то же время лепестки другого электроскопа так же медленно расходятся.
Соединяют заряженный электроскоп с незаряженным, прикасаясь к шарикам стеклянной палочкой, и демонстрируют отсутствие каких-либо изменений в показаниях приборов. Прикоснувшись к заряженному электроскопу проволокой, присоединенной к водопроводному крану, или специально сделанному заземлению, показывают, что заряд таким способом может быть отведен в землю. Прикосновение руки дает тот же эффект, следовательно, человеческое тело - проводник.
Этих опытов достаточно для выводов о существовании проводников и изоляторов и для показа их применения в демонстрируемых приборах (изолирующие ручки, подставки и т. п.).
Электрометр - электроскоп, вместо лепестков на металлическом стержне укреплена стрелочка. Она заряжаясь от стержня отталкивается на некоторый угол.
Электризация через влияние.
Оборудование: 1)электроскопы (пара), 2)палочки из схимнического стекла, 3)палочка эбонитовая, 4)металлическая трубка на изолирующей ручке, 5)кусок мехи, 6) кусок листовой резины.
Опыт состоит из трех отдельных демонстраций, которыми решают следующие задачи: 1)выясняют явление электростатической индукции, 2)показывают применение этого явления для определения знака неизвестного заряда, 3)показывают способ получения электрических зарядов через влияние.
1. К шарику незаряженного электроскопа медленно приближают палочку из органического стекла, заряженную трением о мех. Лепестки электроскопа расходятся тем больше, чем ближе к шарику расположена палочка. При удалении палочки лепестки вновь опадают.
Из проведенного опыта пока нельзя сделать никаких определенных заключений о знаке полученного на лепестках заряда.
2. Палочкой из органического стекла, потертой о мех, сообщают электроскопу положительный заряд, так чтобы угол отклонения лепестков был не слишком большим. Возобновив на палочке положительный заряд, приближают ее к стержню заряженного положительно электроскопа. Угол отклонения лепестков увеличивается.
Поднося к тому же электроскопу эбонитовую палочку, заряженную отрицательно трением о мех, замечают, что лепестки электроскопа опадают. Опыт повторяют, поменяв знак заряда электроскопа.
3. Два незаряженных электроскопа соединяют разрядником и к шарику одного из них подносят хорошо заряженную палочку. Лепестки электроскопов расходятся. Взявшись за изолирующую ручку, снимают разрядник, после чего удаляют палочку. Оба электроскопа остаются заряженными.
К шарику незаряженного электроскопа подносят заряженную палочку. Лепестки электроскопа расходятся. Прикасаются к шарику пальцем. Лепестки спадают. Отнимают от шарика палец и после этого удаляют палочку. Лепестки электроскопа расходятся, указывая на присутствие заряда.
Устройство конденсатора.
Оборудование: 1)конденсаторы постоянной емкости разные, 2)конденсатор бумажный препарированный, 3)конденсатор переменной емкости.
Для демонстрации устройства конденсатора постоянной емкости удобно воспользоваться следующими препарированными конденсаторами: бумажным конденсатором большой емкости, электролитическим конденсатором и слюдяным. Сначала показывают общий вид различных конденсаторов, а затем отдельные детали устройства: обкладки, диэлектрик, корпус, проходные изоляторы.
Энергия заряженного конденсатора.
Оборудование: 1)батарея конденсаторов демонстрационная, 2)выпрямитель ВУП-1, 3)вольтметр демонстрационный с дополнительным сопротивлением 33 ком, 4)панель с четырьмя лампами накаливания, 5)переключатель однополостной демонстрационный, 6)провода соединительные.
Собирают установку. От выпрямителя подают напряжение 60 в,
Включают половину емкости конденсаторов и заряжают ее, замыкают на короткое время цепь зарядки переключателем. Затем переключают батарею на разрядку через одну лампу и наблюдают, как при этом лампа не очень ярко вспыхивает.
Увеличивают емкость батареи в 3 раза и при прежнем напряжении снова заряжают конденсатор. Теперь при разрядке лампа вспыхивает ярче, чем в первом случае. Подключив две лампы, повторяют опыт. По наблюдениям можно сказать, что теперь накал нитей ламп приблизительно такой же, как и в первом случае, т. е. энергия конденсатора увеличилась в 2 раза.
Далее показывают, что энергия заряженного конденсатора зависит и от разности потенциалов на его пластинах. С этой целью при напряжении 50-60 в повторяют опыт с половиной емкости батареи конденсаторов и наблюдают свечение одной лампы. Затем увеличивают напряжение в 2 раза и, подключив сразу 2 лампы, наблюдают довольно яркое их вспыхивание. Это подтверждает увеличение энергии заряженного конденсатора, во всяком случае, более чем в 2 раза. После этого подключают 4 лампы, которые вспыхивают, как и в первом случае.
Таким образом, опыт показывает зависимость энергии заря-женного конденсатора от его емкости и разности потенциалов и подводит к пониманию формулы:
Проводники и диэлектрики.
Оборудование: 1)изолирующие штативы (два), 2)шаровые конденсаторы, 3)диэлектрическая стрелка на подставке, 4)кусок проволоки, 5)капроновая (или шелковая) нить, 6)неоновая лампочка.
В изолирующие штативы вставляют шары из комплекта, прилагаемого к электрометрам, и устанавливают штативы по концам демонстрационного стола, напротив одного из них ставят алюминиевую стрелку. Соединив шары проволокой электризуют шар около которого нет стрелки. Затем соединяют электрометры ниткой, вместо проволоки, и повторяют опыт. Делают вывод, что проволока проводит ток, а нить нет.
Можно так же посреди проволоки включить неоновую лампочку.
2.5 Межпредметные и внутрипредметные связи, способы их реализации.
В данной теме межпредметные связи реализуются на уроках физики по ряду вопросов.
Первые сведения по электростатике учащиеся получают на уроках природоведения. В учебнике довольно подробно в увлекательно форме описаны сведения об опытах Ломоносова по наблюдению за атмосферным электричеством и описана трагическая смерть Рихмана. В учебнике физики сведений о молниеотводе, его назначении и устройстве, а так же о том, как надо вести себя во время грозы на улице и дома, нет.
Данная тема тесно взаимодействует с курсом химии (неорганической), где рассматривают процесс образования молекул из атомов, сообщают о простых и сложных веществах дают определение атомов как химически неделимой частицы вещества. Определение атома как неделимой частицы носит условный характер. Атом неделим посредством химических реакций, однако он не "сплошной шарик", а имеет сложное строение.
На занятиях по природоведению учащимся сообщали сведения описательного характера о гальванических источниках электрического тока.
Значительные сведения и практические умения учащиеся получают по материалу этой темы на занятиях по трудовому обучению. Так на уроках трудового обучения уже во втором классе учащиеся получают представление о простейших проводниках и изоляционных материалах. В шестом классе им дают понятие об электрической цепи и её элементах, условные обозначения некоторых электрических приборов, они собирают неразветвленную электрическую цепь. В шестом классе предусматривают умение читать электрические схемы, а в седьмом классе дают сведения о параллельном соединении и проводят практическую работу по сборке разветвленных цепей.
В пятом классе учащиеся на уроках природоведения на опытах убеждались, а том, что медная, алюминиевая и железная проволоки хорошо проводят электрический ток, а стекло, дерево, резина, фосфор - не проводят, узнают, для чего изолируют провода. В программе трудового обучения предусмотрены работы по сращиванию, ответвлению и зачистке проводов, по монтажу учебных схем проводки и изучению схемы квартирной осветительной цепи.
Эти сведения помогут на уроках физики в восьмом классе изучить проводники и непроводники электричества, объяснить электрические свойства проводников и изоляторов.
На основе электронных представлений объясняют явление притяжения наэлектризованных тел. Это позволяет расширить и уточнить ранее изучение знания об электрическом токе и цепях, дать им научное объяснение.
Главное в этой теме - формирование понятий силы тока, электрического напряжения, сопротивления проводника, потенциала, ЭДС, единиц их измерения, законы Ома, закон Джоуля-Ленца, закон Фарадея. Выражается функциональная связь между этими величинами. Опираясь на знания по математике, дают графическое изображение зависимости , при и при .
На уроках трудового обучения в шестом классе по этому курсу изучали устройство бытовых ламп накаливания, электрических патронов и выключателей, а в седьмом классе - назначение и устройство плавких предохранителей, явление короткого замыкания и способы его предотвращения. Это должно быть учтено в курсе физики восьмого класса, чтобы избежать ненужного дублирования учебного материла.
При изучении данного раздела учащиеся должны узнать о работах русских и зарубежных ученных и изобретателях, их работах, открытиях, благодаря которым век пара сменился веком электричества.
Однако важно не только использовать знания учащихся по другим предметам на уроках физики, но и нацелить школьников на серьезное и глубокое осознание актуализации полученных ими знаний по физике.
Глава III. Особенности методики изучения темы “Основы электродинамики”.
3.1 Особенности методики изучения темы трудности и способы их устранения.
В связи с тем, что тема логически построена правильно и содержит материал с которым учащиеся сталкиваются в жизни, она не вызывает большой сложности.
Особенности методов преподавания данной темы определяется задачами обучения, учетом возрастных, психических и физиологических способностей учащихся, их общим развитием и общеобразовательной подготовкой.
Все явления данной темы должны раскрываться на эмпирическом уровне. При ее изучении учебный физический эксперимент должен быть основным средством обучения. Опыт должен характеризоваться глубоким содержанием, логической завершенностью, красотой исполнения.
Для большей эффективности учебного процесса рекомендуется учитывать степень важности отдельных вопросов темы при распределении времени на закрепление, объяснение и контроль знаний учащихся, т.е. осуществлять дифференцированный подход к изучению материала. Если вопрос относится к основным, то на нем следует остановиться более детально, а закрепление, повторение и опрос проводится в течение года. Вопросы вспомогательные требуют меньше внимания, знание этих вопросов через некоторое время после изучения можно уже не контролировать.
В процессе формирования изучаемых понятий, явлений и величин, их характеризующих, необходим учет жизненного опыта.
Отсутствие у человека непосредственного чувственного восприятия электрических явлений затрудняет их первоначального изучения, поэтому нужно создавать конкретные образы этих явлений и вскрывать их физическую сущность. Создание же таких образов возможно при применении различных аналогий и сравнений.
В данной теме много абстрактных понятий, а так как у учащихся восьмого класса еще не сформировалось абстрактное мышление, в отличии от учащихся одиннадцатого класса, то изучение этого вопроса усложняется. Происходит формальное усвоение знаний. Для избежания данной проблемы необходимо задавать вопросы по содержанию всех физических величин.
При выборе форм и методов проведения учебных занятий в восьмом классе следует иметь в виду, что учащиеся этого возраста подвижны, любят принимать участия в соревнованиях, не стесняются высказывать свои мысли вслух. Поэтому основным методом ведения урока должна стать поисковая беседа. В одиннадцатом классе эффективней проводить занятия с использованием диалогового общения. При обучении решению задач целесообразно использовать групповую форму работы; чаще практиковать уроки-соревнования, конференции, уроки с игровыми ситуациями; больше решать экспериментальные и качественные задачи, задачи с рисунками. Следует разнообразить и формы контроля знаний и умений учащихся.
3.2 Методика формирований понятий и законов.
Рассмотрим кратко методику преподавания основных вопросов темы.
Электрический заряд - одно из самых сложных для учащихся физических понятий. К нему подводят учащихся на основе опытов по электризации тел. В настоящее время имеется много материалов, с которыми опыты по электризации получаются очень хорошо: стекло, эбонит, плексиглас, капрон, шелк и т.д. В литературе описано много занимательных опытов по электризации тел. Это позволяет дать учащимся домашнее задание экспериментального характера, которые они обычно с удовольствием выполняют.
Изучение электризации тел можно начать с рассказа о том, что еще в глубокой древности было открыто свойство янтаря притягивать мелкие предметы после натирания его шерстью. Далее учитель ставит и последовательно ищет с помощью эксперимента ответы на следующие вопросы:
1) Только ли янтарь при натирании шерстью электризуется?
Обязательно ли тела тереть друг о друга?
Обязательно ли натирать тела шерстью?
Электризуется оба или одно из соприкасающихся тел?
Отличаются ли друг от друга заряды, полученные на телах, сделанных из разных веществ?
Зависит ли род заряда, полученного на данном теле, от вещества, из которого состоит тело, соприкасающееся с данным?
Как взаимодействуют тела, имеющие заряды одинакового (противоположенного) знака.
Изучение явления электризации должно привести к формированию у школьников твердых убеждений в том, что электрический заряд всегда связан с материальным носителем - телом, частицей и, с одной стороны, характеризует свойство материальных носителей "притягивать к себе другие тела", а с другой стороны - является качественной мерой этого взаимодействия.
Электрическое поле. Современные представления о взаимодействии наэлектризованных тел опирается, как известно, на представления о неразрывной связи заряженной частицы с электромагнитным полем. Поэтому программой предусмотрено вслед за введением понятия "электрический заряд" ввести понятие "электрическое поле".
Понятие электрического поля вводят, как и понятие заряда, без определения. Ссылаясь на работу Фарадея и Максвелла, учитель утверждает, что в пространстве, где находится электрический заряд, существует электрическое поле. Взаимодействие между заряженными телами осуществляется посредством электрического поля, которое с помощью наших органов чувств непосредственно не воспринимается, о его существовании судят по измерению положения или скорости движения внесенного в него другого заряженного тела. Чтобы учащиеся привыкли "видеть" вокруг каждого заряженного тела электрическое поле, необходимо ставить перед ними вопросы такого типа: "Какие измерения произойдут с телом и в окружающем его пространстве, если металлический шар, потереть мехом? Если прикоснуться к металлическому шару заряженной палочкой?" и т.п. Важно научить ребят определять заряжено данное тело или нет по наличию (или отсутствию) вблизи него электрического поля. Учащиеся должны знать, что для ответа на этот вопрос нужно располагать вблизи исследуемого тела другое заряженное тело, способное легко изменить свое положение под действием малой электрической силы (например, металлическую гильзу, подвешенную на шелковой нити). Если это тело изменило свое положение, значит, на него подействовало электрическое поле и, следовательно, исследуемое тело имеет электрический заряд.
Электрон. Строение атома. Чтобы рассмотреть строение атомов, необходимо ввести понятие об электроне. Сделать это непросто, ведь электрон не воспринимается органами чувств. Авторы учебника А.В. Перышкин и Н. А. Родина вводят понятие электрона не догматически, предлагают действовать по аналогии с введением понятия молекулы. Для этого восьмиклассникам показывают, что электрический заряд делим. Можно получить 1/29, 1/49, 1/89 и т.д. Очевидно, существует предел делимости электрического заряда - заряженная частица, имеющая наименьший в природе электрический заряд. Подобно тому, как существование наименьшей частицы данного вещества в этой логике рассуждений кажется школьникам вполне существенным, так и существование электрона - частицы с наименьшим электрическим зарядом - воспринимаются ими как факт, не требующий специальных доказательств. Поэтому дальше можно сказать: действительно с помощью очень тонких экспериментов, позволивших измерить малые изменения электрического заряда, такая частица была обнаружена. Эту частицу назвали электроном.
Теперь можно обратить внимание школьников на то, что имеющиеся у них знания об электрических явлениях, позволяют получить новые сведения о строении вещества. Действительно, они знают, что тела, состоящие из разных веществ, могут быть наэлектризованы, т.е. могут приобрести электрический заряд - заряд электрона. Следовательно, заряд любого тела связан с зарядом электрона, а, следовательно, электроны должны быть в любом теле. Но все тела состоят из атомов и молекул. Значит, электроны должны быть внутри атомов. Целесообразно продолжить рассуждения об атоме: если электроны находятся внутри атома, то внутри атома должны находится и положительно заряженные частицы, суммарный заряд которых равен суммарному заряду электронов, т.к. атом в обычных условиях нейтрален. Следовательно, опыт должен иметь цель - определить, как расположены внутри атома положительные и отрицательные заряды. Сделать это можно единственным образом - обстреливая атомы заряженными частицами и наблюдая за изменением направления их движения вследствие взаимодействия этих частиц с заряженными частицами атома. Далее следует сказать, что такой опыт был проделан Э. Резерфордом. Опыт ученного показал, что положительный заряд атома сосредоточен в очень малом объеме, а электроны расположены на большом расстоянии от положительного заряда атома. По результатам опыта Э. Резерфорд построил модель атома, в котором атом по своему строению напоминает нашу Солнечную систему. Подобно тому, как планеты, притягиваясь к Солнцу, движутся вокруг него, так и электроны в атоме движутся вокруг положительно заряженного ядра, удерживаемые силами притяжения к нему.
