Формирование понятий «электрический заряд» и «элементарные частицы»














































Формирование понятий "электрический заряд" и "элементарные частицы"
Л.С Ирлянова Школа №33, г. Саранск
Проблемное обучение позволяет наиболее полно решить задачу развития мышления учащихся. В данной работе сделана попытка показать формирование логических (мыслительных) операций на проблемном уроке, посвященном изучению физических понятий "электрический заряд" и "элементарные частицы". В методике преподавания физики установлено, что общая структура изучения физических явлений содержит следующие элементы:
- наблюдение явления;
- выявление характерных особенностей явления;
- установление связей данного явления с другими;
- введение новых понятий для описания явления;
- установление закономерностей, относящихся к рассматриваемому явлению.
Тема: Электродинамика. Электрический заряд и элементарные частицы.
Цели урока:
Обучающая: 1) изучить электрические явления; 2) сформировать понятия: электрический заряд; элементарные частицы.
Развивающая: Формирование логических операций.
Оборудование: 2 высоковольтных преобразователя, 4 электрических султана, 2 электрометра, разрядник, источники постоянного тока, воздушные шарики.
Ход урока.
С целью формирования у учащихся представления об электромагнитных взаимодействиях, предусматривается повторение типов физических взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого. Сильное и слабое взаимодействия определяют процессы в очень малых масштабах - внутри атомов и ядер атомов. Гравитационные и электромагнитные - наиболее распространённые .
ВОПРОС.
- С каким из этих взаимодействий вы знакомы?
ОТВЕТ:
- С гравитационным.
ВОПРОС:
- По какому существенному признаку вы определяете, что эти взаимодействия - гравитационные?
ОТВЕТ:
- Проявление сил тяготения между телами из-за наличия масс.
Учитель говорит, что взаимодействие между электрически заряженными телами носит название электромагнитного взаимодействия, которое ответственно за большинство явлений в повседневной жизни. Ясно, что невозможно описать эти явления все сразу. Поэтому поделим мир электромагнитных явлений на три раздела. В первом разделе изучим особенности взаимодействия в этом частном случае, когда источники взаимодействия - электрические заряды покоятся, как друг относительно друга, так и относительно наблюдателя. Во втором разделе мы узнаем, как меняется характер взаимодействия между электрическими зарядами, которые движутся с некоторой средней скоростью по электрической цепи. Этот раздел называется "Постоянный электрический ток". В третьем разделе - "Электродинамика" - мы узнаем о том, что происходит, когда электрические заряды движутся с переменной скоростью.
После этого рассказа выделяем проблему, которая должна быть решена на данном уроке. Выясним, как можно получить электрические заряды? Далее изучим, какое действие оказывают они друг на друга, когда остаются неподвижными. Возникает проблемная ситуация и начинается ее анализ. Учитель говорит, что со словами "электричество", "электрический заряд", "электрический ток" учащиеся встречались много раз и успели к ним привыкнуть. Но как ответить на вопрос: "Что такое электрический заряд?" Формулируем противоречие. Дело в том, что понятие "заряд" - это основное, первичное понятие, которое на современном уровне развития наших знаний не сводится к каким-либо более простым понятиям.
Говорим, что на этом уроке раскроем физический смысл понятия "заряд".
Учащиеся сталкиваются с необходимостью использовать ранее усвоенные знания в новых практических условиях - проблемная ситуация первого типа.
В данном случае они убеждаются, что имеющихся знаний и умений недостаточно для решения новых задач. И поэтому возникает противоречие между прежними и новыми знаниями. Для разрешения противоречия обращаемся к демонстрационному эксперименту.
Ход эксперимента: 2 одинаковых высоковольтных преобразователя ("Разряд 1") подключены каждый к своей паре султанов. Кроме того, к преобразователям подключены электрометры, которые позволяют сравнить значения выходных напряжений (в данном случае они одинаковы).
Учащиеся наблюдают за ходом эксперимента, анализируют его и выделяют признаки.
1. Взаимодействия электромагнитные.
2. Сила взаимодействия одинакова.
3. Султаны в каждой установке притягиваются.
4. Заряды электрометров одинаковы.
Вывод: заряды одинаковы, следовательно, сила взаимодействия одинаковая.
Далее демонстрация несколько усложняется. Используя ту же самую установку, изменим выходное напряжение на одном из преобразователей.
Учащимся дается задание проанализировать свои наблюдения. На основе анализа выделить признаки сходства в наблюдаемых явлениях и записать их:
1. Взаимодействия электромагнитные.
2. Султаны притягиваются.
3. Заряды разноимённые.
4. Электрометры зарядились.
Далее выделяем признаки отличия:
1. Заряды электрометров различны.
2. Сила взаимодействия различна.
Вывод: заряд различный, следовательно, различна и сила взаимодействия. Чем больше заряд, тем сильнее взаимодействие.
Далее вновь ставится проблема: раскрыть физический смысл понятия "заряд".
Что такое заряд, как физическая величина?
ОТВЕТ:
Заряд это физическая величина, определяющая интенсивность (меру) электромагнитных взаимодействий.
На следующем этапе, раскрывается сущность явлений электризации, устанавливается закон сохранения электрического заряда.
ВОПРОС:
Вспомните первое положение молекулярно-кинетической теории. ОТВЕТ:
Все макроскопические тела состоят из молекул и атомов.
ВОПРОС:
Из чего состоят атомы?
ОТВЕТ:
Из ядра и электронов.
ВОПРОС:
Из чего состоит ядро?
ОТВЕТ:
Из протонов и нейтронов. Протон, неШрон» электрон элементарные частицы.
ВОПРОС:
Имеют ли эти частицы массу?
ОТВЕТ:
Имеют.
ВОПРОС:
А бывает ли заряд без частицы?
ОТВЕТ:
Нет.
Делаем вывод, что заряд - это свойство элементарных частиц и заряженных тел. Элементарные частицы, из которых состоит атом, взаимодействуют между собой.
Записываем определение: взаимодействия между элементарными частицами называются электромагнитными.
Проанализируем электромагнитные взаимодействия между элементарными частицами.
Анализ этого взаимодействия выявляет объективное противоречие имеющихся знаний об элементарных частицах и необходимости описать поведение макроскопических объектов. То есть создаётся теоретическая проблемная ситуация первого и четвёртого типа, когда учащиеся не знают способа решениязадачи из-за недостаточности имеющихся знаний. Это противоречие решается только умственным поиском, пробуждающим интерес к исследованию.
ВОПРОС:
Что происходит при взаимодействии частиц с противоположными знаками, одинаковыми?
ОТВЕТ:
Притягиваются, отталкиваются.
Вывод: разноименно заряженные частицы - притягиваются, одноименно заряженные - отталкиваются.
ВОПРОС:
Чем отличаются заряд положительный от заряда отрицательного? Между отрицательными и положительными зарядами природных различий
нет. Это обозначение принято в науке условно. И если бы знаки зарядов частиц поменяли местами, то от этого характер электромагнитных взаимодействий не
изменился бы.
Существует минимальный заряд, называемый элементарным. Величина его равна заряду электрона. Отделить часть заряда у электрона невозможно.
Каким образом макроскопические тела приобретают электрический заряд? Ведь в действительности все макроскопические тела любого вещества не имеют заряда, так как число электронов в атоме равно числу протонов в ядре. Получается, что положительные и отрицательные частицы связаны в атоме, образуя в атоме нейтральную систему. Обратимся к повседневным опытам по электризации тел. Учащиеся затрудняются объяснить электризацию трением, поскольку только что говорилось о нейтральном заряде атома в целом.
Вновь возникает проблемная ситуация, но уже практическая (третий тип), то есть теоретически трудно объяснить практические результаты: объективное противоречие задачи в сознании ученика превращается в проблему, в логическое противоречие.
Опыты: Электризация трением (расчёска, ручка - делают ученики, учитель
- воздушными шарами).
Делаем вывод: макроскопическим телам можно сообщить заряд трением.
Приводим примеры из жизни и объясняем, что происходит между макроскопическими телами в результате трения, и почему появился заряд у тел.
Здесь необходимо сделать вывод: в результате трения происходит электризация тел. Причём, небольшая часть электронов переходит из одного тела на другое и заряжает его отрицательно. Значит, заряды этих тел будут одинаковы по модулю и противоположны по знаку. А это говорит о выполнении закона сохранения электрических зарядов. То есть совместное решение проблемы учителя с учащимися путём применения особых методических приёмов постепенно приводит к раскрытию содержания важного закона.
Этот закон справедлив для замкнутой системы, в которую не входят извне и из которой не выходят наружу заряженные частицы.
Закон: В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов остаётся неизменной. Если заряды обозначить через qf,qb ---qn, то
q1+q2 + +qn = const
Справедливость закона сохранения заряда подтверждают наблюдения над огромным числом превращений элементарных частиц. Этот закон выражает одно из самых фундаментальных свойств электрического заряда. Истинная причина сохранения заряда до сих пор неизвестна. Предполагается, что полный электрический заряд во вселенной равен нулю.
Закрепление:
1) Потрите стержень электроскопа ненаэлектризованной каучуковой палочкой. Электроскоп обнаружил заряд. Почему?
2) Почему при переливании из одной цистерны в другую бензин может воспламениться, если не принять специальных мер предосторожности?
3) Можно ли на концах стеклянной палочки получить два одновременно существующих разноимённых заряда?
Выводы:
а) Понятие "электрический заряд" возникло, как обобщение опытных фактов.
б) Величину заряда характеризует сила взаимодействия между неподвижными заряженными телами.
в) В замкнутой системе справедлив закон сохранения электрического заряда.
Итак, при решении нашей задачи, мы расчленили её на серию подзадач, заменяли сложную задачу сходной, но более простой, чтобы затем вернуться к исходной. Формулировали противоречия, а ученики искали решение возникающих на каждом этапе подпроблем, воспроизводили свои знания, понимая, что их не хватает для решения новых проблем. Собственно это и является стимулом для поиска.

Приложенные файлы

  • doc file35
    Размер файла: 94 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий