Методика формування поняття "електричне поле". Пояснення електризації через вплив.

Необхідно відмітити, що при вивченні електричного поля у 9 класі обмежуються в основному феноменологічним викладом даного питання, ніяких кількісних характеристик на цьому ступені навчання не дається.

Учнів необхідно підвести до висновку, що електричне поле – це вид матерії, пов’язаний з електричним зарядом і який виявляється по дії на електричний заряд. Підводять учнів до цього висновку за допомогою експерименту.

Для цього клаптик вати розпушують і потім до нього підносять наелектризовану паличку із органічного скла. Вата прилипне до палички. Енергічно струшуючи її з палички, добиваються заряджання ватної пушинки, при цьому в кінці кінців вата злетить у повітря. Тепер її змушують літати у повітрі, підставляючи знизу паличку. Сила тяжіння, спрямована вниз, зрівноважуватиметься силою електричного поля, що діє на заряджене тіло, напрямленою вгору:

Або: електризують гільзу (електростатичний маятник) і підносять до неї заряджену паличку. Звертають увагу на те, що взаємодія заряджених тіл відбувається на відстані.

Постає питання про те, як передається дія одного наелектризованого тіла на інше.

Можливо, справа у повітрі, що міститься між ними?

Щоб відповісти на це запитання, демонструють дослід: вміщують заряджений електроскоп (без скла) під ковпак повітряного насоса, після чого відкачують з нього повітря. Спостерігають, що у безвітряному просторі листочки електроскопа будуть так само відштовхуватися один від одного. Отже, повітря не впливає на електричну взаємодію.

Тому відповіддю на поставлене запитання буде введення поняття електричного поля. Учнів переконують в тому, що навколо будь-якого зарядженого тіла є електричне поле, за допомогою якого одне заряджене тіло діє на інше, тобто, електричне поле одного зарядженого тіла діє на електричний заряд, що знаходиться на другому тілі.

Безпосередньо нашими органами відчуттів це поле не сприймється. Як же його виявити?

Очевидно, необхідно внести у простір навколо зарядженого тіла інший заряд. У ході експерименту показують учням, що поблизу заряджених тіл дія поля підсилюється, а при віддаленні від них - послаблюється.

Силу, з якою електричне поле діє на заряджені тіла, називають електричною силою.

Після введення поняття електричного поля знайомлять учнів з явищем електризації через вплив. Починають із створення проблемної ситуації: Чому стрілка незарядженого електрометра, або інші незаряджені тіла реагують (відхиляються, притягуються) при піднесенні до них зарядженої палички, адже електричне поле діє тільки на заряджені тіла?

Для розв’язання цієї проблеми використовують елементи електронної теорії: нагадують учням, що в металах є вільні електрони. Отже, електричне поле зарядженої палички повинно діяти саме на вільні електрони, тобто, заряджені частинки. У чому ж буде проявлятися ця дія? Очевидно, електричне поле зарядженої палички діючи на вільні електрони буде приводити до того, що електрони збиратимуться на одному з боків тіла.

Ця частина тіла виявиться негативно зарядженою, а протилежна – позитивно зарядженою. Оскільки електричне поле сильніше діє на ближчий до палички заряд, ніж на віддалений, то результуючою дією і буде притягування тіла паличкою.

Для перевірки цього висновку беруть два з’єднані між собою провідником електрометри. Підносять до одного з них заряджену паличку і спостерігають відхилення стрілок обох електрометрів. Знімають провідник з кондукторів і прибирають паличку. Спостерігають, що електрометри зарядились. Перевіркою показують, що електрометр, до якого підносили паличку, дійсно заряджений різнойменно з паличкою, а той, що знаходився далі - однойменно з зарядом палички.

Електричне поле діє тільки на заряджені частинки. Але такі частинки є в будь-якому тілі! Чи можна захиститися (екрануватися) від цього поля? Демонструють дослід: до електрометра (взятого без кульового кондуктора) підносять наелектризовану паличку. Стрілка електрометра відхиляється. На стержень електрометра надягають кульовий кондуктор (отвором вниз) і знову підносять заряджену паличку – стрілка не відхиляється, кульовий кондуктор замінюють на пластикову чи скляну склянку і повторюють дослід. Спостерігають зменшення кута відхилення стрілки.

Висновок: можна "захиститися" від дії електричного поля металевим екраном. Усередині металевого тіла поле відсутнє! Також роблять висновок про те, що діелектрик послаблює вплив електричного поля. Пояснюють це тим, що в діелектрику, розміщеному в електричному полі, позитивно заряджені частинки під дією електричного поля зміщуються в один бік, а негативно заряджені – в інший. Це явище називається поляризацією діелектрика. Саме цим пояснюється притягування зарядженими тілами легеньких клаптиків паперу, ворсинок, вати, води і ін.

Електричне поле зображують графічно за допомогою силових ліній.

Силові лінії - це умовні лінії, що вказують напрям сили, яка діє в цьому полі на розміщене в ньому позитивно заряджене тіло.

Узагальнюють знання про електричне поле з допомогою граф-схеми, яку будують разом з учнями:

Щоб учні звикли "бачити" навколо кожного зарядженого тіла електричне поле, ставлять пере ними запитання типу: "Які зміни відбуваються з тілом і оточуючим його середовищем, якщо ізольовану від Землі металеву кулю натерти хутром? Якщо доторкнутися до металевої кулі зарядженою паличкою? Як встановити наявність електричного поля навколо заряду?" та інші.

Розвиток поняття про електричне поле відбувається при вивченні сили взаємодії між зарядженими тілами – закону Кулона.

Для цього детально аналізують фундаментальний дослід Кулона, поєднуючи із самостійною роботою учнів (вивчити дослід Кулона, проаналізувати висновки з нього). Учням необхідно пояснити що таке точковий заряд і у якому випадку заряджені тіла можуть виступати в ролі точкових зарядів. Як поступають у випадку, коли заряд не можна вважати точковим.

Звертають увагу на деяку аналогію у гравітаційній і електричній взаємодії. Встановлюють відмінності цих взаємодій: гравітаційна взаємодія – це завжди притягування, а електрична - і притягування і відштовхування; маси тіл можуть бути лише позитивними величинами, а заряди – як позитивними, так і негативними. Гравітаційна взаємодія не залежить від середовища, а електрична залежить. Гравітаційну взаємодію відчувають всі матеріальні об’єкти, а електричну – не всі. Підкреслюють, що, якщо маса визначає інтенсивність гравітаційної взаємодії, то заряд – інтенсивність електромагнітної взаємодії. І, нарешті, показують, що сили електричної взаємодії – це центральні сили, які напрямлені вздовж прямої, що з’єднує центри зарядів.