Автор: Павлов Петр Давидович
Данная тема представляет собой двух логично завершенных и в то же время связанных друг с другом частей. В первой части рассматривают начальные сведения о строении атомов, а во второй – простейшие электрические цепи, вводят ряд понятий: сила тока, напряжение, сопротивление, работа и мощность тока, изучается закон Ома для участка цепи, а также понятия об электрическом и магнитном полях.
При изучении данной темы учащиеся получают ряд практических умений и навыков: собирать простейшие электрические цепи, измерять силу тока и напряжение с помощью амперметра и вольтметра.
Законы электрического тока устанавливаются опытным путем, что позволяет подчеркнуть значение опыта, как источника знания. Здесь же изучаются элементы электронной теории, которые применяются для объяснения природы электрического тока.
Рассмотрим некоторые методические аспекты изучения данной темы:
Электрический заряд – является сложным физическим понятием для учащихся. К этому понятию учащихся подводят на основе опытов по электризации тел. На основе опытов по электризации различных тел (стекла, эбонита, капрона, и т.д.) ищут ответ на следующие вопросы: 1. Только ли эбонит при натирании шерстью электризуется? 2. Обязательно ли натирать тела шерстью? 3. Электризуются оба или одно из натертых тел? 4. Зависит ли род заряда накопленного на поверхности тела, от вещества тела соприкасающегося с данным? И т.д.
На основе этого приводим учащихся к выводу: электрический заряд всегда связан с материальным носителем – телом, частицей и т.д. и с другой стороны характеризует свойства материальных носителей «притягивать» к себе другие тела (то есть способность тел к электромагнитному взаимодействию) – последнюю фразу учитель не произносит, а с другой стороны является количественной мерой этого взаимодействия.
Понятие электрического поля вводят как и понятие заряда без определения, ссылаясь на работы Фарадея и Максвелла учитель утверждает, что в пространстве где находится электрический заряд, существует электрическое поле. Взаимосвязь между зарядами осуществляется электрическим полем. На опыте выясняется, что вблизи заряженных тел действует поле сильнее, а при удалении от них поле слабее.
Электрон. Строение атома. При введении этого понятия поступают так как и при введении понятия «молекула». Для этого показывают, что электрический заряд делим, то есть существует наименьшая заряженная частица. Этот опыт воспроизводится учащимися, но далее детализировать данные опыта нет необходимости. Поэтому далее учитель подчеркивает, что с помощью очень точных экспериментов такая частица была обнаружена и назвали ее электрон.
Напоминают, что тела состоят из атомов и молекул, следовательно электрон должен быть внутри атомов. Эту гипотезу необходимо проверить экспериментально, так как опыт Резерфорда исключен из программы 8 класса, следует в общих чертах рассказать об этом опыте. В результате этого опыта была дана планетарная модель атома, которая напоминает нашу Солнечную систему. Для того, чтобы создать у школьников представление о размерах атомов, целесообразно прибегать к приему сравнения. Если бы атом увеличивался так, чтобы ядро приняло бы размеры 10 копеечной монеты, то расстояние между ядром и электроном стало бы равно 1 км.
Учащиеся должны знать порядковый номер в таблице Менделеева характеризует заряд ядра атома и соответствующее число электронов в атоме. Для моделирования атома необходимо рассказать, что ближайшая к ядру оболочка может содержать не более 2, а следующая не более 8 электронов. Можно предложить учащимся вылепить из цветного пластилина модели атомов Н2 и Не. С помощью их можно показать появление «+» и «-» ионов.
Учащиеся знают, что тела состоят из молекул, атомов. В металлах часть электронов слабо связана с ядрами атомов и поэтому они становятся свободными. Следовательно в узлах кристаллической решетки расположены ионы, а между ними свободно движутся электроны. Так как в обычных условиях отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решетки, то в обычных условиях металлы электрически нейтральны, но если создать электрическое поле, то электроны начнут двигаться упорядоченно. Все это позволяет дать следующее определение: электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов.
Далее рассматривают источники электрического тока. Подчеркивают, что в любом источнике тока совершается работа по распределению положительных и отрицательных частиц. Данная работа совершается силами не электрической природы.
Рассмотрим методику формирования некоторых понятий данной темы:
Сила тока. Амперметр. Действия электрического тока (тепловое, химическое, магнитное, механическое) могут проявляться в разной степени – сильнее или слабее. Используя различные опыты, можно показать, что степень действия электрического тока зависит от заряда, прошедшего по цепи за 1 секунду и дается определение: электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени определяет силу тока в цепи. Таким образом приходим к следующему определению: Сила тока равна отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника ко времени его прохождения.
I=q/t. За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параллельных проводников в 1 м взаимодействуют с силой 2*10 -7 Н, эту единицу называют ампер.
После введения понятия сила тока рассматривают амперметр и знакомятся с правилами работы с ним.
Напряжение. Вольтметр. Понятие напряжение с трудом воспринимается учащимися. В методической литературе имеется описание различных методов введения этого понятия. Авторы учебника Физика – 8 используют энергетический подход. Опираясь на знания учащихся о том. Что чем больше сила тока в цепи, тем интенсивнее его действие, тем большую работу он совершает, больше его мощность. Можно предложить следующий опыт: подбирают лампочку на 3,5 В или 6,3 В и включают в цепь, измеряя с помощью силу тока. Затем берут лампочку на 220 В и включают в цепь, опять измеряя силу тока, лампочку надо подобрать таким образом, чтобы сила тока была одинаковой. Лампочка на 220 В дает больше света и тепла, следовательно мощность I (работа I) зависит не только от I, но и от другой физической величины – напряжения U. Напряжение – это физическая величина, характеризующая электрические поле, которое создает ток. Формулу для нахождения напряжения можно записать следующим образом: U=A/q – более научно. U=P/I, 1 В = 1 Дж / Кл. Далее знакомят учащихся с вольтметром и правилами работы с ним.
Сопротивление. Введение этого понятия начинают с постановки опытов, в которых используют источник тока, магазин сопротивлений, амперметр, вольтметр, ключ. В начале показывается, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника. Затем ставят вопрос: Зависит ли сила тока от свойств проводника? Опыт показывает, что сила тока зависит от свойств проводника. Далее утверждают, что зависимость силы тока от свойство проводника объясняется тем, что различные проводники обладают различными сопротивлениями. Следовательно сопротивление проводника не определяют, а вводят описательно. Далее говорят о единицах применения сопротивления.
Закон Ома устанавливают экспериментально. Вначале показывают зависимость силы тока от напряжения при постоянном сопротивлении. Затем выясняется зависимость силы тока от сопротивления, при постоянном напряжении, выводят I = U / R.
На опыте устанавливается от чего зависит сопротивление проводника R=ρl/S
