Электрический заряд. Два вида электрических зарядов. Закон сохранения электрического заряда
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока объяснить существование двух видов электрического заряда, определить знак взаимодействия заряженных тел и применить закон сохранения электрического заряда при решении не менее двух учебных задач.
- Сформировать представление об электрическом заряде как физической величине, характеризующей способность тел участвовать в электромагнитном взаимодействии.
- Научить устанавливать вид взаимодействия заряженных тел по знакам их зарядов и объяснять электризацию тел переходом электронов.
- Научить формулировать и применять закон сохранения электрического заряда в замкнутой системе.
- Развивать умение выдвигать гипотезы, работать с цифровой моделью и аргументированно представлять выводы в паре.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к объяснению электрических явлений на основе микроскопического строения вещества.
- Осознают значение физических моделей и законов для анализа явлений в технике и будущей профессиональной деятельности.
- Понимают ценность доказательного рассуждения и ответственного отношения к результатам совместной работы.
- Оценивают собственную готовность применять физические знания в новой ситуации.
Метапредметные
- Формулируют учебную проблему и планируют последовательность её решения.
- Извлекают информацию из схемы, таблицы и цифровой модели, преобразуют её в словесный и символический вид.
- Сравнивают результаты наблюдения с гипотезой, находят противоречия и корректируют объяснение.
- Аргументированно представляют выводы в паре, используют физические термины и символы.
- Осуществляют самопроверку по критериям и фиксируют затруднения.
Предметные
- Знать обозначение электрического заряда $q$, единицу его измерения — кулон, а также элементарный заряд $e$.
- Уметь различать положительный и отрицательный электрические заряды и формулировать правило их взаимодействия.
- Уметь объяснять электризацию тел перераспределением электронов.
- Знать и применять закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма зарядов замкнутой системы остаётся постоянной.
- Уметь решать качественные и расчётные задачи на суммарный заряд системы.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный смысл изучения электрических явлений для понимания работы электронных устройств.
- Проявляют готовность к интеллектуальному риску при выдвижении физической гипотезы.
- Осознают необходимость точности терминов и знаков при записи физических величин.
- Формируют ответственное отношение к совместному результату пары.
Регулятивные УУД
- Совместно формулируют цель исследования взаимодействия зарядов.
- Планируют действия при работе с цифровой моделью и задачей.
- Сверяют промежуточный результат с правилом и эталоном.
- Обнаруживают ошибку в знаке заряда или записи суммы и исправляют её.
- Оценивают степень достижения цели по листу самооценки.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки электрического заряда.
- Строят причинное объяснение электризации через переход электронов.
- Сравнивают взаимодействие одноимённых и разноимённых зарядов.
- Моделируют замкнутую систему зарядов и записывают её алгебраическую сумму.
- Применяют закон сохранения заряда к новой ситуации.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре при исследовании цифровой модели.
- Задают уточняющие вопросы и обосновывают ответ физическим правилом.
- Согласуют формулировку общего вывода.
- Корректно анализируют ошибку партнёра и предлагают способ исправления.
- Представляют результат кратко и доказательно.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с изображениями наэлектризованной палочки, двух заряженных тел, схемой перехода электронов и формулой закона сохранения заряда.
- Открыть на компьютерах или интерактивной доске цифровую модель взаимодействия двух точечных зарядов; предусмотреть работу в парах за одним устройством или демонстрационный режим.
- Подготовить воздушный шар, шерстяную ткань, пластиковую линейку, мелкие кусочки бумаги и электроскоп либо его изображение для мотивационного опыта.
- Распечатать карточки с исследовательскими ситуациями трёх уровней — по одной на пару, всего по числу пар в классе.
- Распечатать лист самооценки и билет на выход — по одному экземпляру на каждого ученика.
- Вывести на доску памятку: одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются; $q_{\text{сист}}=const$.
- Подготовить таблицу для фиксации наблюдений: знаки зарядов, характер взаимодействия, объяснение.
- Проверить проектор, ноутбук, интерактивную доску, доступ к цифровой модели и заряд батареи устройств.
- Разложить на парты ручки, карточки и мини-листы для записи гипотез.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в исследовательскую деятельность и создать проблемную ситуацию, связанную с электризацией тел.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране фотографию молнии и работающего сенсорного экрана: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем разбираться с явлением, которое проявляется и в молнии, и в работе электронных устройств. Запишите дату и тему урока: «Электрический заряд. Два вида электрических зарядов. Закон сохранения электрического заряда». Наша задача — не просто запомнить правило, а понять, почему оно работает." | Записывают дату и тему, рассматривают изображения, формулируют предположения о связи молнии и электричества. |
2 мин | Учитель демонстрирует трение воздушного шара о шерстяную ткань и приближает его к кусочкам бумаги: "Посмотрите, бумажки притягиваются к шару. Что изменилось после трения? Предположите, что именно перемещается между телами. Сегодня мы проверим ваши гипотезы с помощью наблюдения и цифровой модели." | Наблюдают опыт, отвечают: "Тело приобрело электрические свойства", предполагают: "между телами перешли частицы или электроны". |
1 мин | Учитель организует приём "Проблемный вопрос": "Почему после одного и того же действия тела могут притягиваться, отталкиваться или вообще не взаимодействовать заметно? Какие свойства нужно ввести, чтобы описать это различие?" | Фиксируют вопрос на мини-листе, предлагают варианты: "нужно различать виды заряда", "важно знать количество и знак заряда". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что после электризации тело приобретает новое физическое свойство. Теперь выясним, как его характеризуют, какие бывают заряды и как описывают их общее количество в системе."
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о строении вещества и обнаружить необходимость нового понятия для объяснения электризации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает схему атома на экране: "Вспомним модель атома. Какие частицы входят в его состав? Какая из них имеет отрицательный заряд? Какие частицы связаны с ядром, а какие могут перемещаться между телами?" | Рассматривают схему, отвечают: "протоны, нейтроны и электроны"; "электрон отрицательно заряжен"; "при электризации перемещаются электроны". |
2 мин | Учитель предлагает приём "Подумай — обсуди в паре — поделись": "Самостоятельно за 30 секунд решите, почему кусочки бумаги притягиваются к наэлектризованному шару. Затем обсудите объяснение в паре и выберите одну точную формулировку для класса." | Сначала записывают индивидуальное объяснение, затем обсуждают его в паре и формулируют: "Заряженный шар вызывает перераспределение зарядов в бумаге, поэтому ближайшая сторона притягивается". |
2 мин | Учитель показывает два утверждения: «Заряд создаётся из ничего» и «При электризации электроны переходят с одного тела на другое»: "Какое утверждение согласуется с моделью атома? Чего нам пока не хватает для строгого ответа о результате электризации?" | Отмечают второе утверждение как верное, объясняют, что нужно ввести понятие электрического заряда и правило учёта его знака. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы установили, что при электризации перемещаются электроны, но пока не описали результат количественно. Сформулируем цель исследования и выясним, почему заряд бывает двух видов."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную проблему, цель и план открытия нового знания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель выводит на экран изображения двух шариков с одинаковыми и различными обозначениями зарядов: "На рисунках тела взаимодействуют по-разному. Какой признак нужно сравнить? Можно ли одним словом описать способность тела притягивать или отталкивать другое тело? Запишите возможную цель урока." | Сравнивают рисунки, отвечают: "нужно сравнить знаки зарядов"; записывают цель: "понять, что такое заряд, какие бывают его виды и почему общий заряд сохраняется". |
2 мин | Учитель применяет приём "Снежный ком": "Сначала каждый назовёт один шаг исследования, затем объединитесь в пары и составьте общий план. В плане должны быть наблюдение, формулировка правила и проверка на задаче." | Предлагают шаги и объединяют их в план: определить заряд; исследовать взаимодействие знаков; объяснить электризацию; сформулировать закон сохранения; решить задачу. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "План исследования готов. Сначала мы откроем свойства двух видов зарядов, затем свяжем их с переходом электронов и проверим закон сохранения на числовых примерах."
Этап 4. Открытие нового знания. Исследование зарядов (10 мин)
Цель этапа: через парное исследование цифровой модели установить два вида заряда и правило их взаимодействия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт каждой паре карточку наблюдений и запускает цифровую модель: "В модели можно менять знак зарядов двух тел. В первой серии установите одинаковые знаки, во второй — разные. Один ученик управляет моделью, второй заполняет таблицу, затем поменяйтесь ролями. Не записывайте только результат — добавляйте словесное объяснение." | Распределяют роли, запускают модель, изменяют знаки зарядов, фиксируют направление взаимодействия. |
4 мин | Учитель задаёт вопросы по ходу работы: "Что происходит при сочетании «плюс — плюс»? А при сочетании «минус — минус»? Что меняется при сочетании «плюс — минус»? Сформулируйте правило без привязки к конкретным телам." | Заполняют таблицу и формулируют: "одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются"; приводят примеры взаимодействия. |
2 мин | Учитель демонстрирует на доске запись: "Электрический заряд обозначают $q$, единица СИ — кулон, $1$ Кл. Элементарный заряд по модулю равен $e=1{,}6\cdot10^{-19}$ Кл. Заряд электрона $-e$, протона $+e$. Почему нейтральное тело не означает отсутствие зарядов?" | Записывают обозначения и единицу, объясняют: "в нейтральном теле положительные и отрицательные заряды присутствуют, но их алгебраическая сумма равна нулю". |
2 мин | Учитель проводит мини-обсуждение: "Если с тела ушли электроны, каким станет его заряд? Если электроны пришли, каким? Обоснуйте ответ не словами «появился заряд», а через изменение числа электронов." | Отвечают: "при уходе электронов тело становится положительно заряженным, при переходе электронов на тело — отрицательно заряженным"; объясняют изменение избытка или недостатка электронов. |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Электрический заряд — физическая величина, характеризующая способность тел участвовать в электромагнитном взаимодействии. Существуют положительные и отрицательные заряды. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. Электризация связана с переходом электронов».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы установили, что знак заряда определяет характер взаимодействия, а электризация связана с переходом электронов. Теперь проверим, сохраняется ли общее количество заряда при таком переходе."
Этап 5. Открытие закона сохранения электрического заряда (7 мин)
Цель этапа: вывести закон сохранения электрического заряда на основе модели перераспределения электронов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает схему двух соприкасающихся тел: у первого избыток электронов, у второго недостаток: "До соприкосновения пусть заряды тел равны $q_1$ и $q_2$. После разделения они стали $q'_1$ и $q'_2$. Электроны могли перейти, но могли ли они исчезнуть? Сравните суммы зарядов до и после." | В парах рассуждают и записывают: $q_1+q_2=q'_1+q'_2$; объясняют, что электроны перераспределились, но не возникли и не исчезли. |
2 мин | Учитель формулирует закон на доске: "В замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов остаётся постоянной: $q_1+q_2+...+q_n=const$. Обратите внимание: учитываются и знак, и модуль каждого заряда." | Записывают закон, выделяют слова «замкнутая система» и «алгебраическая сумма», задают уточняющие вопросы. |
2 мин | Учитель предлагает качественную проверку: "Два тела до взаимодействия имели заряды $+5$ нКл и $-2$ нКл. После взаимодействия первое получило $+1$ нКл. Какой заряд должно иметь второе, если система замкнута? Сначала составьте уравнение, затем объясните физический смысл ответа." | Составляют $5-2=1+q_2$, находят $q_2=+2$ нКл, формулируют: "суммарный заряд системы равен $+3$ нКл и сохранился". |
Эталон решения
До взаимодействия: $q_{\text{сист}}=+5\text{ нКл}+(-2\text{ нКл})=+3\text{ нКл}$. После взаимодействия: $+1\text{ нКл}+q_2=+3\text{ нКл}$. Следовательно, $q_2=+2\text{ нКл}$. Ответ: заряд второго тела после взаимодействия равен $+2$ нКл.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Переход электронов изменяет заряды отдельных тел, но не нарушает общий баланс в замкнутой системе. Сейчас применим этот закон сначала вместе, а затем самостоятельно."
Этап 6. Первичное закрепление в парах (6 мин)
Цель этапа: закрепить правило взаимодействия зарядов и алгоритм применения закона сохранения заряда.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт парам карточки и объясняет приём "Взаимопроверка": "Решите два задания. Первое: определите характер взаимодействия зарядов $-4$ нКл и $-7$ нКл. Второе: система состоит из зарядов $+6$ нКл и $-10$ нКл; после взаимодействия первый заряд стал $-2$ нКл. Найдите второй заряд. Запишите правило или уравнение, а не только ответ." | В парах решают задания: в первом случае называют отталкивание; во втором составляют $6-10=-2+q_2$ и получают $q_2=-2$ нКл. |
2 мин | Учитель выводит эталон на экран: "Сверьте не только числовой ответ, но и знак. Если ответ отличается, найдите место ошибки: знак первого заряда, сложение или перенос слагаемого." | Сверяют решения по эталону, отмечают ошибку цветной ручкой, объясняют партнёру шаг исправления. |
1 мин | Учитель задаёт вопрос классу: "Почему при сложении зарядов нельзя складывать только модули? Приведите пример, где знаки приводят к уменьшению суммы." | Отвечают: "заряд — величина алгебраическая; разноимённые заряды частично компенсируют друг друга"; приводят пример $+5+(-3)=+2$. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы научились выбирать правило взаимодействия и составлять уравнение сохранения заряда. Теперь каждый проверит, может ли выполнить эти действия без подсказки."
Этап 7. Самостоятельная работа с самопроверкой (5 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное понимание темы и отработать перенос знания в новую ситуацию.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает выбрать базовый или повышенный вариант. Базовый: "Определите взаимодействие зарядов $+3$ нКл и $-8$ нКл; объясните, что произойдёт с телом, если оно потеряет электроны. Затем найдите неизвестный заряд из уравнения $-4+q=+1$." Повышенный: "Три тела имеют заряды $+2$, $-5$ и $q$ нКл. После замыкания системы суммарный заряд стал $-1$ нКл. Найдите $q$ и объясните значение знака." | Индивидуально решают выбранный вариант, записывают правило, уравнение и ответ с единицами измерения. |
2 мин | Учитель показывает ответы: базовый — притяжение; тело станет положительным; $q=+5$ нКл. Повышенный — $q=+2$ нКл. "Проверьте себя по трём критериям: правильно ли определён знак, составлена ли сумма, записана ли единица." | Выполняют самопроверку, ставят отметки в листе: «знаю правило», «умею составлять сумму», «умею проверять знак». |
Эталон решения
Для повышенного варианта: $q_{\text{сист}}=+2-5+q=-1$. Тогда $-3+q=-1$, откуда $q=+2$ нКл. Положительный знак означает недостаток электронов по сравнению с нейтральным состоянием.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что главное затруднение возникает не в вычислениях, а в учёте знаков. Завершим урок проверкой общего вывода и ответим на проблемный вопрос начала занятия."
Этап 8. Рефлексия и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: осмыслить открытое знание, выявить остаточные затруднения и определить дальнейшую работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу: "Почему тела могут притягиваться или отталкиваться? Сформулируйте ответ в двух предложениях, используя слова «два вида заряда», «знак» и «электроны»." | Формулируют ответ: "Существуют положительные и отрицательные заряды. Их знак определяет взаимодействие, а при электризации перемещаются электроны." |
1 мин | Учитель проводит приём "Светофор": "Поднимите зелёную карточку, если можете объяснить закон сохранения заряда и решить задачу; жёлтую — если нужна тренировка; красную — если осталось существенное непонимание." | Поднимают карточки, отмечают в листе самооценки конкретное затруднение. |
1 мин | Учитель раздаёт билет на выход: "Запишите формулу закона сохранения заряда и ответьте: может ли суммарный заряд замкнутой системы измениться из-за перехода электронов между её частями?" | Записывают $q_1+q_2+...+q_n=const$ и отвечают: "нет, изменяются заряды частей, но алгебраическая сумма сохраняется"; сдают билет при выходе. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня мы открыли физический смысл электрического заряда, установили правило взаимодействия двух его видов и доказали необходимость закона сохранения. Проверьте дома, сможете ли вы объяснить эти идеи не только формулой, но и через движение электронов."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены оба задания парной карточки и самостоятельная работа, правильно учтены знаки зарядов, записаны уравнения и физическое объяснение закона сохранения.
- «4» — выполнены правильно не менее трёх заданий из четырёх, допущена одна неточность в объяснении или записи единиц, но алгоритм сохранения заряда применён верно.
- «3» — верно определён характер взаимодействия и решена хотя бы одна задача на сохранение заряда при наличии отдельных ошибок в знаках или оформлении.
- Оценка формирующей работы может быть дополнена самооценкой: ученик указывает, умеет ли он различать знаки, объяснять переход электронов и составлять уравнение сохранения.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что такое электрический заряд и какие два его вида вы сегодня различали? | Проверка осознания основного понятия и терминологической точности. |
Почему при электризации тела не возникает заряд из ничего? | Выявление понимания микроскопического механизма перехода электронов. |
Какое действие при решении задачи на сохранение заряда оказалось самым трудным? | Выявление точек затруднения в выборе знаков и составлении уравнения. |
Можете ли вы объяснить, почему сумма зарядов замкнутой системы постоянна? | Субъективная оценка глубины понимания закона и готовности к переносу знания. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы выяснили, что электрический заряд бывает положительным и отрицательным, а знак определяет характер взаимодействия тел. Мы связали электризацию с переходом электронов и увидели, что общий заряд замкнутой системы сохраняется. Самая частая ошибка — складывать модули зарядов, не учитывая их знаки, поэтому дома обязательно проверяйте алгебраическую сумму. На следующем уроке мы продолжим описание электрического взаимодействия и перейдём к количественной характеристике силы взаимодействия зарядов."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выучить определения электрического заряда, двух его видов и закона сохранения. Решить 4 задачи: 2 на определение характера взаимодействия по знакам зарядов и 2 на нахождение неизвестного заряда в замкнутой системе. | Закрепляет терминологию, правило взаимодействия и базовый алгоритм составления алгебраической суммы; при проверке обратить внимание на знаки и единицы измерения. |
Средний (повышающий) | Решить 4–5 задач на перераспределение зарядов между двумя или тремя телами, включая ситуации с нулевым суммарным зарядом и переводом нКл в Кл. | Формирует уверенное применение закона сохранения в разных представлениях данных; при проверке оценить запись исходной и конечной суммы. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить краткое объяснение бытового опыта с электризацией: воздушный шар, пластиковая расчёска или одежда. Указать, какие частицы перемещаются, какое тело получает положительный или отрицательный заряд, и сформулировать проверяемое следствие закона сохранения. | Развивает исследовательское и причинное мышление; при проверке смотреть на связь наблюдаемого явления с переходом электронов и сохранением общего заряда. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какие заряды называют одноимёнными?», «Что происходит с телом при потере электронов?», «В какой системе справедлив закон сохранения электрического заряда?», «Почему при расчётах необходимо учитывать знак заряда?»
