Формування основних понять.

Заряд - одне із головних понять електродинаміки. Трудність у формуванні цього поняття полягає у тому, що наявність заряда у тіла означає здатність цього тіла до певних силових взаємодій, які отримали назву електромагнітних.

Особливого значення у формуванні понять електричного заряду набуває використання демонстраційного експерименту та історичного матеріалу, пов’язаного з історією вивчення електричних явищ.

Насамперед, знайомлять учнів з явищем електризації тіл, пояснюють, що означають такі поняття, як "тіло заряджене", "тіло наелектризоване". Починають з дослідів, в яких використовують скляну та ебонітову палички і мілко нарізані клаптики паперу. Демонструють, що якщо скляну чи ебонітову палички піднести до клаптиків паперу, то ніякої взаємодії не спостерігається. Але якщо скляну паличку натерти папером, а ебонітову хутром, то вони набувають властивості притягувати мілкі клаптики паперу.

На основі цих дослідів підводять учнів до висновку про те, що якщо тіла після дотику (натиранні) з іншими тілами здатні притягувати мілкі предмети, то про них кажуть, що вони наелектризовані. Дають означення:

Електричний заряд - це фізична величина, яка характеризує властивістьчастинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію.

Логічно поставити перед учнями запитання: коли ж було виявлено електризацію тіл? І на даному етапі знайомлять їх з історією відкриття цього явища ще у VI ст. до н.е. грецьким філософом Фалесом Мілетським.

Звертають увагу учнів, що електризуватися можуть різні тіла, але чи однаковий заряд отримують тіла? Знову демонструють дослід: пластмасову лінійку електризують і встановлюють на електричній лампочці, потім електризують другу лінійку (із пластмаси) і підносять до першої: лінійка відштовхується. Підносять наелектризовану ебонітову паличку – лінійка, встановлена на лампочці, притягується.

Висновок: заряди, отримані на лінійці і ебонітовій паличці, не однакові. Заряд на лінійці із пластмаси (оргскла, скла) потертій об папір, називають позитивним, а на ебоніті, потертому хутром, або вовною, називають негативним. Таким чином, існують два роди зарядів.

До речі, виявив існування двох зарядів французький вчений Шарль Дюфе у 1730 році, але оскільки він проводив досліди із паличками із скла і смоли, то відповідно і назвав електрику "смоляною" і "скляною". І тільки у 1778 році американський учений Франклін назвав заряди позитивним і негативним.

Пропонують учням зробити висновок про те, як взаємодіють між собою однойменні і різнойменні заряди.

Таким чином, учні отримують початкові відомості про електричний заряд. Важливо підкреслити, що електричний заряд завжди пов’язаний із будь-яким тілом і не може існувати сам по собі, оскільки він характеризує певні властивості тіл.

Наступний етап у формуванні поняття електричного заряду – ведення поняття електрона, тобто, дискретність електричного заряду.

Введення поняття про електрон є одним із найважливіших завдань викладення розділу електрики у 9 класі. На цьому понятті будується пояснення основних явищ, які вивчаються у розділі. Знання про електрон потрібні під час вивчення будови атома, електризації, утворення іонів, електричного струму. З введенням цього поняття починається формування уявлень про елементарні частинки.

Під час введення поняття електрона виникає ряд методичних труднощів. Досліди на визначення його заряду та маси складні і пояснити їх не можна, оскільки учні не мають відповідної підготовки. Тому це питання розглядають так: спочатку показують досліди на подільність електричного заряду, а потім у дуже спрощеній формі викладають схему дослідів Міллікена та Йоффе.

Наступний крок. Ставлять запитання про те, де ж знаходиться електрон. Спираючись на відомість про будову речовини і на показані досліди з електризації тіл, підводять учнів до висновку, що електрон повинен входити в склад атома і що у атома повинна бути позитивно заряджена частина - ядро, в якому знаходиться частинка з найменшим позитивним зарядом - протон.

Важливе значення на цьому етапі має ознайомлення учнів з елементами електронної теорії, яка пояснює різноманітні властивості речовини наявністю і рухом в ній електронів. Насамперед, знайомлять учнів з тим, що електрони від атома можуть відриватися і тоді атом стає позитивно зарядженою частинкою – позитивним йоном; що в металах електрони легко відриваються від атомів і стають вільними і, таким чином, метал являє собою сукупність вільних електронів і позитивних йонів, причому переміщуватися в металі можуть лише вільні електрони. Використовуючи елементи цієї теорії, пояснюють показані досліди по електризації тіл.

Ще раз демонструють електризацію тіл. Наголошують при цьому, що електризуються обидва тіла. Але заряди тіл протилежні за знаком і однакові за абсолютним значенням. Для демонстрації використовують скляну і ебонітову паличку і електрометр з кульовим кондуктором. Спочатку показують, що палички не мають заряду, потім наелектризувавши їх тертям одна об одну, вносять одну з них всередину порожнистого кондуктора електрометра й переконуються, що кондуктор наелектризовано, потім роблять те саме з другою паличкою. Після цього вносять обидві палички в кондуктор електрометра і спостерігають, що електрометр у цьому випадку не виявляє заряду. На основі досліду формулюють закон збереження електричного заряду, фізична суть якого полягає у тому, що під час електризації відбувається перерозподіл наявних електричних зарядів, а не створення нових.

Далі вводять поняття провідників та діелектриків. Підкреслюють, що під час передачі як негативного, так і позитивного заряду переміщаються з одного тіла на інше тільки електрони.

Таким чином, учні на підставі знань про електрон та будову атома зможуть пояснити електризацію тіл через дотик, перехід частини заряду із зарядженого на незаряджене, існування провідників та діелектриків (ізоляторів) і притягання попередньо ненаелектризованих тіл до заряджених тіл.