Дискретность электрического заряда. Электрон - Электрические явления

Цели: убедить учащихся в дискретности электрического заряда; дать представление об электроне как частице с наименьшим электрическим зарядом.

Демонстрации: делимость электрического заряда; перенос заряда с заряженного электроскопа на незаряженный с помощью пробного шарика; опыт Иоффе-Милликена.

Ход урока

I. Повторение изученного

Повторить материал, изученный на предыдущем уроке, можно в ходе фронтального опроса. Учитель также может провести краткую самостоятельную работу, заранее подготовив карточки с разноуровневыми заданиями, например:

Уровень 1

1. Как взаимодействуют между собой тела, имеющие разноименные заряды? Приведите примеры.

2. Как взаимодействуют между собой две стеклянные палочки, натертые шелком?

Уровень 2

1. Что можно сказать о зарядах шариков на рис. 9?

2. Что можно сказать о зарядах шарика и палочки на рис. 10?

Уровень 3

1. Можно ли при электризации трением зарядить только одно из соприкасающихся тел? Ответ обоснуйте.

2. Отрицательно заряженное тело притягивает подвешенный на нити шарик, а положительно заряженное тело - отталкивает. Можно ли утверждать, что шарик заряжен? Если да, то каков знак заряда?

Уровень 4

1. Как с помощью отрицательно заряженного металлического шарика зарядить положительно другой такой же шарик, не изменяя заряда первого?

2. Можно ли, имея два металлических шарика, из которых лишь один заряжен, сообщить полому металлическому цилиндру заряд больший, чем заряд на шарике?

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Делимость электрического заряда.

2. Дискретность электрического заряда. Опыты Иоффе-Милликена.

3. Электрон.

1. Для введения представления об электроне необходимо показать делимость и дискретность электрического заряда. Делимость электрического заряда можно показать на ряде опытов (например, при перетекании части заряда с одного заряженного тела на другое, незаряженное тело). Но туг возникает важный вопрос: как долго можно так перезаряжать электроскопы или другие заряженные тела? Существует ли предел деления заряда?

Демонстрируя опыт по переносу заряда с заряженного электроскопа на незаряженный с помощью шарика, учитель может задать вопрос классу:

- Как вы думаете, можно ли электрический заряд делить бесконечно? (Выслушиваются предположения учащихся.)

2. Дискретность электрического заряда была доказана опытами Иоффе и Милликена. А. Ф. Иоффе, изучая действие электрического поля на мельчайшие заряженные пылинки цинка, которые можно было наблюдать только в микроскоп, установил очень важную закономерность: заряд пылинок изменялся только в целое число раз (в 2, 3,4 и так далее) от какого-то наименьшего его значения. Этот результат можно объяснить только так: к пылинке цинка присоединяется или от нее отделяется только наименьший заряд (или целое число таких зарядов).

Вопрос классу:

- Так могут ли тела или частицы иметь заряд в 1,5 раза больше или меньше заряда электрона?

3. Электрон. Был сделан вывод о существовании в природе частицы, имеющей наименьший заряд, который более не делился. Эту частицу назвали электроном.

Электрой обладает массой и энергией. Масса электрона составляет 9,1 · 10^-19 кг. За единицу электрического заряда принят один кулон (обозначается 1 Кл). Значение заряда электрона определил американский ученый Роберт Милликен. Он установил, что электрон имеет отрицательный заряд, равный 1,6 · 10^-19 Кл.

III. Закрепление изученного

С целью закрепления материала в конце урока можно обсудить вопросы:

- Как на опыте показать, та» электрический заряд делится на части?

- Электроскопу сообщили заряд, равный 1,6 · 10^-19 Кл. Какому числу электронов соответствует этот заряд?

- Две легких одноименных заряженных гильзы из фольги подвешены на шелковых нитях одинаковой длины в одной точке. Что произойдет, если коснуться одной из гильз рукой?

Домашнее задание

1. § 29 учебника; ответить на вопросы к параграфу.

2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1209, 1215, 1216.

Дополнительный материал

Роберт Эндрюс Милликен

(1868-1953)

Предложение заняться преподаванием физики в подготовительной школе Огайо застало Мклликена врасплох. С одной стороны, дополнительный заработок казался совсем не лишним, а с другой - его знания в области физики были весьма скудными. Тем не менее, предложение было принято, и с 1891 по 1893 гг. Милликен преподавал физику, восполняя пробелы в своих знаниях по учебникам. Абердинский колледж присудил ему за этот курс степень магистра, а конспекты занятий, посланные руководством в Королевский колледж, принесли Милликену стипендию, благодаря чему Роберт смог продолжить образование.

Одно лето он провел в Чикагском университете у Альберта Майкельсона, тонкого знатока физического эксперимента. После этого Милликен окончательно решил стать физиком. После защиты диссертации на соискание ученой степени доктора философии по физике Милликен отправился в Европу. После поездки в Америку Роберт стал ассистентом Майкельсона и работал в Чикагском университете. Именно тогда он создал для средних школ и колледжей первые американские учебники физики.

Вскоре Милликена захватила интереснейшая, но необычайно трудная задача по определению заряда электрона, открытого в 1897 г. английским физиком Джозефом Джоном Томсоном (1856-1940), который сумел найти только отношение заряда этой частицы к ее массе.

Построив мощную батарею для создания сильного электрического поля, Милликен разработал метод «заряженной капли». Ему удалось «подвесить» между обмотками конденсатора несколько капель масла и удержать их в течение 45 с до полного испарения.

В 1909 г. Милликен установил, что заряд капли равен одной и той же величине е - заряду электрона. За свои заслуги Милликен был удостоен Нобелевской премии.

Абрам Федорович Иоффе

(1380-1960)

Трудно представить какого-либо ученого, который сыграл бы в организации отечественной науки роль более значительную, чем академик Иоффе.

Он создал школу, соизмеримую с темн, которые в разные годы были созданы Н. Борном н Э. Резерфордом. Им было воспитано несколько поколений российских физиков XX века, среди которых такие светила, как П. Капица, И. Семенов, И. Курчатов, А. Александров, Вполне обоснованно его называли в официальных публикациях «отцом советской физики».

Абрам Федорович родился 29 октября 1880 года в городе Ромны Полтавской губернии. В 1897 году, закончив Роменское реальное училище, он поступает в Санкт-Петербургский технологический институт. Получив диплом инженера- технолога, юноша решает продолжить образование и в 1901 г. отправляется для приобретения опыта в постановке экспериментов к В. Рентгену в г. Мюнхен. Лаборатория Рентгена поразила его. Эксперименты, которые он там проводит, успешны, а результаты настолько впечатляющи, что Абрам Иоффе задерживается в Мюнхене до 1908 года, хотя первоначально планировал стажироваться в течение одного года. Средства к существованию дает ему работа ассистента на кафедре физики.

По возвращении на родину Абрам Иоффе начинает свой трудовой путь старшим лаборантом в Санкт-Петербургском политехническом институте. В течение девяти лет защищает сначала магистерскую, а затем и докторскую диссертацию. В 1913- 1915 гг. молодой исследователь избирается профессором физики, параллельно с преподавательской работой в политехническом, периодически читает лекции в Горном институте по физике. Одновременно он ведет научную работу.

Именно под его руководством создается знаменитый Физико-технологический институт.

Большая часть российских физиков XX века, оставившая след в этой науке, прямо или косвенно, ученики Иоффе или ученики его учеников. Благодаря своей необычайной общительности и открытости Абрам Федорович находился в приятельских отношениях со многими мировыми светилами. Так, например, англичанин Д. Чедвик, впоследствии Нобелевский лауреат, открыв в 1932 году нейтрон, телеграфировал об этом Иоффе.

О своих многочисленных встречах с зарубежными коллегами Абрам Федорович написал прекрасные воспоминания, которые, к сожалению, были опубликованы уже после смерти.

Скончался академик Иоффе 14 октября 1960 года. Герой Социалистического труда, орденоносец, почетный член Академии наук и физических обществ многих стран мира, Абрам Иоффе, прежде всего, был Учителем с большой буквы.