Temat

Podsumowanie wiadomości z elektrostatyki

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

VI. Elektryczność. Uczeń:

1) opisuje sposoby elektryzowania ciał przez potarcie i dotyk; wskazuje, że zjawiska te polegają na przemieszczaniu elektronów;

2) opisuje jakościowo oddziaływanie ładunków jednoimiennych i różnoimiennych;

3) rozróżnia przewodniki od izolatorów oraz wskazuje ich przykłady;

4) opisuje przemieszczenie ładunków w przewodnikach pod wpływem oddziaływania ze strony ładunku zewnętrznego (indukcja elektrostatyczna);

5) posługuje się pojęciem ładunku elektrycznego jako wielokrotności ładunku elementarnego; stosuje jednostkę ładunku.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Powtórzenie wiadomości z elektrostatyki.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Utrwalenie wiadomości o sposobach elektryzowania ciał.

2. Utrwalenie wiadomości o przewodnikach i izolatorach.

3. Utrwalenie wiadomości o oddziaływaniach elektrostatycznych.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- posługuje się wiedzą z zakresu elektrostatyki odpowiadając na postawione pytania,

- posługuje się wiedzą z zakresu elektrostatyki przy rozwiązywaniu problemów typowych i nowych.

Metody kształcenia

1. Pogadanka utrwalająca (powtórzeniowa).

2. Porządkowanie i stosowanie uzyskanych wyników w nowych zadaniach o charakterze praktycznym lub teoretycznym.

Formy pracy

1. Praca indywidualna lub grupowa podczas rozwiązywaniu powstałych problemów.

2. Współpraca uczeń nauczyciel podczas rozwiązywania pytań powtórzeniowych.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Przygotuj odpowiedzi na pytania powtórzeniowe z działu elektrostatyka.

1. Opisz w skrócie własności ładunku elektrycznego.

2. Co to znaczy, ze ciało jest naelektryzowane?

3. Wymień sposoby elektryzowania ciał.

4. Omów elektryzowanie ciał przez pocieranie.

5. Omów elektryzowanie ciał przez dotyk.

6. Omów elektryzowanie ciał przez indukcję.

7. Sformułuj zasadę zachowania ładunku elektrycznego.

8. Z czego składają się wszystkie ciała?

9. Co wchodzi w skład jądra atomowego?

10. Co to jest ładunek elementarny i jaka jest jego wartość w układzie SI.

11. Co to jest jon i w jaki sposób powstaje?

12. Przedstaw prawo Coulomba.

13. Podziel substancje ze względu na własności elektryczne.

14. Jak zbudowane są izolatory?

15. Jak zbudowane są przewodniki?

Realizacja lekcji

1. Opisz w skrócie własności ładunku elektrycznego.

W przyrodzie istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych: dodatnie i ujemne. Ładunki o tych samych znakach (jednoimienne) odpychają się wzajemnie, natomiast ładunki różnych znaków (różnoimienne) przyciągają się.
Przyrządem służącym do badania stopnia naelektryzowania ciał jest elektroskop.

2. Co to znaczy, ze ciało jest naelektryzowane?

Ciało naelektryzowane posiada przewagę ładunków jednego znaku.

3. Wymień sposoby elektryzowania ciał.

Istnieją trzy podstawowe sposoby elektryzowania ciał: przez pocieranie, przez dotyk i przez indukcję (wpływ).

4. Omów elektryzowanie ciał przez pocieranie.

Elektryzowanie przez pocieranie możliwe jest w przypadku niektórych ciał wykonanych z różnych materiałów i polega na przemieszczaniu  ładunków (elektronów) z jednego ciała na drugie. Jedno z pocieranych ciał elektryzuje się ujemnie, a drugie dodatnio. Materiałami, które elektryzują się dodatnio są m.in. szkło, sukno, futro, a ujemnie m.in. ebonit, PCV, jedwab.

5. Omów elektryzowanie ciał przez dotyk.

Elektryzowanie przez dotyk polega na dotknięciu ciała obojętnego elektrycznie ciałem naelektryzowanym. Wskutek tego ciało obojętne naelektryzuje się ładunkiem takiego samego znaku jak ciało, którym zostało dotknięte.

6. Omów elektryzowanie ciał przez indukcję.

Elektryzowanie przez indukcję polega na zbliżeniu ciała naelektryzowanego do obojętnego elektrycznie, wskutek czego w ciele obojętnym nastąpi przemieszczenie się elektronów w obrębie elektryzowanego ciała (przemieszczenie się ładunku).

7. Sformułuj zasadę zachowania ładunku elektrycznego.

Zasada zachowania ładunku mówi, że w izolowanym układzie ciał, całkowity ładunek elektryczny (suma ładunków dodatnich i ujemnych) nie ulega zmianie.

8. Z czego składają się wszystkie ciała?

Wszystkie ciała zbudowane są z bardzo małych atomów. Promień atomu jest rzędu 10Indeks górny -10^-10 m. Każdy atom składa się z dodatniego jądra, w skład którego wchodzą elektrycznie obojętne neutrony oraz protony, które mają ładunek dodatni. Wokół atomu z bardzo dużą prędkością poruszają się ujemne elektrony.

9. Co wchodzi w skład jądra atomowego?

Jądro atomowe składa się z protonów, które mają ładunek dodatni oraz neutronów, które są elektrycznie obojętne.

Masa neutronu i protonu jest bardzo podobna (nieco większą masę ma neutron). Masa elektronu jest 1836 razy mniejsza od masy protonu.

10. Co to jest ładunek elementarny i jaka jest jego wartość w układzie SI.

Jednostką ładunku elektrycznego jest 1 C (kulomb).
Ładunek elektronu i protonu ma taką samą wartość, nazywaną ładunkiem elementarnym. Ładunek ten jest równy: e = 1,6 $·$ 10Indeks górny -19^-19 C. Każdy ładunek jest wielokrotnością ładunku elementarnego.

11. Co to jest jon i w jaki sposób powstaje?

Elektrony krążą wokół jądra w różnych odległościach, na tzw. powłokach elektronowych. Ostatnia powłoka nazywana jest powłoką walencyjną. Z powłoki tej można oderwać elektron (lub kilka elektronów), powstaje wtedy jon dodatni – kation.
Gdy na powłoce walencyjnej znajdą się dodatkowe elektrony, powstaje jon ujemny – anion.

12. Przedstaw prawo Coulomba.

Każde dwa ładunki elektryczne działają na siebie siłą elektrostatyczną. Prawo Coulomba mówi, że wartość tej siły jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych ładunków, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.
Siłę działającą między ładunkami obliczamy ze wzoru:

gdzie: 
k - jest pewnym współczynnikiem proporcjonalności, który dla próżni jest równy $9\cdot {10}^9\frac{N\cdot m^2}{C^2}$.

13. Podziel substancje ze względu na własności elektryczne.

Ciała różnią się od siebie właściwościami elektrycznymi. W zależności od tego, czy  możliwy jest  w ich wnętrzu swobodny przepływ ładunków elektrycznych, substancje dzielimy na izolatory i przewodniki.

14. Jak zbudowane są izolatory?

Izolatory to materiały, których budowa wewnętrzna charakteryzuje się tym, że elektrony są bardzo mocno związane z atomami. Nie mogą się one łatwo oderwać od atomów i nie mają możliwości swobodnego ruchu w obrębie ciała. Można je naelektryzować przez pocieranie – wtedy niektóre elektrony odrywają się od atomów i przechodzą na powierzchnię drugiego ciała.
Do izolatorów zaliczamy m.in. szkło, porcelanę, plastik, drewno, gumę, wodę destylowaną, powietrze.

15. Jak zbudowane są przewodniki?

Przewodniki to ciała, w obrębie których mogą swobodnie poruszać się ładunki elektryczne. Przewodnikami są np. metale. Elektrony walencyjne w atomach metali nie są związane z atomami i mogą poruszać się w obrębie całej bryły metalu. Tworzą tzw. gaz elektronowy.

Przewodnik można naelektryzować, jeśli odizoluje się go od ziemi i innych elementów umożliwiających odprowadzenie ładunków do ziemi, np. kaloryfera, ciała człowieka.

[Grafika interaktywna]

Podsumowanie lekcji

W tym dziale przedstawiliśmy informacje o ładunkach elektrycznych, ich pochodzeniu, rodzajach oraz prawach rządzących oddziaływaniami między tymi ładunkami. Pokazaliśmy, jak można przekonać się o istnieniu ładunków i sprawdzić, od czego zależy siła ich wzajemnego oddziaływania. Podaliśmy klasyfikację materiałów ze względu na właściwości elektryczne oraz przedstawiliśmy przykłady izolatorów i przewodników elektrycznych.