2Питання

«Електричне поле. Електричний заряд. Будова атома та електронна теорія» поєднує три тісно зв’язані між собою теми: 1) розширення та поглиблення уявлень про ЕП як один з проявів електромагнітного поля, у тому числі за рахунок візуалізації уявлень про поле на основі введення поняття ліній ЕП; 2) вивчення будови атома, розкриття суті електронної теорії та її використання для пояснення механізму різних способів електризації; 3) розвиток узагальнених уявлень про електричний заряд.

Особливості пропонованої методики навчання, котрі значним чином відрізняються від традиційної, зводяться до наступного:

1. На основі демонстраційних дослідів з електрометрами формуємо узагальнені емпіричні уявлення про те, що речовина за своїми електричними властивостями поділяється на три групи: діелектрики, провідники, напівпровідники (у традиційній методиці на цьому етапі про напівпровідники не згадують). Доцільність введення поняття ліній електричного поля в основній школі зумовлена тим, що без графічного унаочнення електричного поля, уявлення учнів про нього є неповними, а то й хибними здійснюємо індуктивним шляхом. Спочатку аналізуємо як діє ЕП поле сферичного позитивно зарядженого тіла на пробну позитивно заряджену частинку з малим позитивним зарядом. Пояснюємо, що електричний заряд пробної частинки повинен бути достатньо малим, щоб не вносити суттєвих змін у те ЕП, котре ми вивчаємо. Обґрунтовуємо можливість і зображуємо ЕП у вигляді ліній, що напрямлені симетрично від позитивно зарядженого тіла. Аналогічно поступаємо для сферичного негативно зарядженого тіла (частинки). Для візуалізації уявлень про ЕП проводимо досліди з «султанами», приєднаними до електрофорної машини. Спостерігаємо за розміщенням паперових смужок, прикріплених по обидві сторони до металевих пластин, приєднаних до полюсів електрофорної машини. Зближуємо різнойменно заряджені пластини і спостерігаємо, що ЕП зосереджено в основному між пластинами. Зображуємо відповідну картину ліній ЕП. Переконуємо учнів, що в будь-якій точці ЕП сила, що діє на пробний позитивний електричний заряд, напрямлена по дотичній до лінії ЕП (вздовж лінії ЕП).

2. Означення ліній ЕП та напряму ліній ЕП вводимо на основі узагальнення вивченого. Лінії електричного поля (лінії напруженості електричного поля) являють собою лінії, по дотичній до яких у кожній точці діють електричні сили з боку ЕП на пробну електрично заряджену частинку з малим позитивним електричним зарядом. За напрям лінії ЕП вибрали той напрям, у якому ЕП діє на пробну позитивно заряджену частинку. Лінії ЕП електрично заряджених частинок і тіл не замкнуті, вони починаються на позитивно заряджених і закінчуються на негативно заряджених частинках. Реально існує тільки ЕП, а лінії поля є уявними, їх вводять для графічного унаочнення наших уявлень про поле [13].

3. Даємо учням поняття про дискретність електричного заряду. Роз’яснюємо суть термінів неперервність і дискретність та відмічаємо, що природі властива як неперервність, так і дискретність. Остаточно доходимо висновків: у природі існує найменша неподільна порція електричного заряду 1,60∙10-19 Кл, тобто електричний заряд є дискретною фізичною величиною; дискретність – одна з особливостей електричного заряду. Вивчаємо дві частинки з елементарним електричним зарядом: не тільки негативно заряджений електрон (як у традиційній методиці), але й позитивно заряджений протон; порівнюємо їх маси, що сприяє розвиткові узагальнених уявленьпро існування у природі електрично заряджених частинок з неподільним електричним зарядом. Ураховуючи, що електронна теорія широко використовується при дедуктивному поясненні електромагнітних явищ, розкриваємо сутність теорії та використовуємо термін «електронна теорія» в базовому курсі фізики основної школи. У ході навчання використовуємо індуктивно-дедуктивний підхід: спочатку, на конкретному прикладі пояснюємо особливості будови металів, діелектриків і напівпровідників та надаємо учням початкові уявлення про електронну теорію індуктивним шляхом; а надалі, при поясненні механізму електризації та наступних явищ електромагнетизму – посилюємо його дедуктивним. Електронна теорія розкриваємо на прикладі про будову металів (традиційно це розглядають згодом, при вивченні електричного струму). Використовуємо традиційний рисунок з моделлю кристалічної решітки металу, більш повно описуємо його будову та доходимо висновків: у вузлах кристалічної решітки металів знаходяться переважно позитивні іони, між якими хаотично рухаються вільні електрони; вільні електрони можуть рухатись через весь метал; саме наявність вільних електронів робить метали провідниками.