ГЛАВА 11. СТРОЕНИЕ АТОМА

Большинство задач в данной теме должны быть качественными, так как учащиеся получают только элементарные сведения о строении атомов, а при изучении электростатики не рассматривают закона Кулона. Часть материала вообще изучают в ознакомительном шгане. Задачи по строению атома сводятся к упражнениям по вычерчиванию схем моделей атомов (водорода, гелия и лития). В основном же в теме решают электростатические задачи, в которых используют электронные представления и понятие об электрическом поле.

Заметим, что в данной теме дело отнюдь не в количестве решаемых задач, а в том, чтобы небольшое число задач было разобрано детально, в форме беседы, чтобы условия задач варьировались. Это очень важно для развития логического мышления учащихся.

Часть задач посвящается иллюстрации понятия об электрическом поле. Учащимся не дается строго научное определение электрического поля, но они должны знать его основные свойства, проявления, а главное — приобрести убежденность в реальности электрического поля.

В результате разбора задач учащиеся должны свободно оперировать электронными представлениями при объяснении электризации тел, передачи заряда с одного тела на другое и т. п.

Большой интерес представляют задачи об электростатической индукции. Для их решения предварительно вводят представление о зависимости силы взаимодействия зарядов от расстояния между ними. Характер данной зависимости дают качественно: чем больше расстояние, тем меньше сила.

Задачи и упражнения по опыту Иоффе, доказывающему дробимость электрического заряда, а также по опыту Резерфорда по рассеянию а-частиц на тонкой фольге, доказывающему ядерное строение атомов, не дают. Эти вопросы предельно элементарно излагает сам учитель.

По электростатике решают задачи такого содержания.

230 (э). Потрите эбонитовую палочку о сукно и, обернув ее сукном, положите внутрь полого шара, укрепленного на электрометре. Выньте палочку из сукна и объясните, почему при этом отклоняется стрелка. Вставьте палочку внутрь сукна и объясните, почему стрелка возвращается на нулевое деление.

При обсуждении результатов этих опытов подчеркивают мысль о том, что заряды не возникают и не исчезают, а только разделяются. При этом на обоих соприкасающихся при трении телах оказываются равные по величине, но противоположные по знаку заряды. Общий заряд равен нулю. Заряд на палочке отрицательный, а на сукне положительный. Электрометр обнаруживает заряд на сукне, но не дает, естественно, показаний, когда палочка и сукно будут вместе.

231. Пластинку из оргстекла потерли куском шерстяной ткани. Какой по знаку заряд приобретает пластинка и как объяснить его возникновение по электронной теории?

Ответ. Заряд пластинки, как условились, будет положительным. Это значит, что часть электронов с пластинки перешла на сукно, поэтому на пластинке оказывается недостаток электронов, а на шерстяной ткани — избыток их.

Полезно на основании электронной теории объяснить происходящее и в предшествующей задаче. (На палочке — избыток электронов, на сукне — недостаток; когда палочка и сукно сложены вместе — нет ни избытка, ни недостатка электронов, общий заряд палочки и сукна равен нулю.)

232. Электрическое поле мы не можем видеть, слышать, осязать и т. д., так как оно не действует непосредственно на наши органы чувств. Каким же способом можно обнаружить существование электрического поля? [23, № 1162].

Ответ. Электрическое поле действует на электрические заряды, внесенные в поле. Оно обнаруживается, например, по отклонению заряженных бузиновых шариков или бумажных гильз, подвешенных на шелковых нитях.

233. На двух расположенных рядом штативах подвешены на шелковых нитях легкие станиолевые гильзы. Одну из них зарядили отрицательно с избытком в 3 млн. электронов, а другую — положительно с недостатком в 1 млн. электронов. Как будут взаимодействовать гильзы?

Ответ. Электрический заряд каждой гильзы находится в электрическом поле, созданном зарядом другой гильзы. Так как электрические поля созданы разноименными зарядами, то гильзы будут притягиваться. Если гильзы соприкоснутся, то произойдет частичная нейтрализация зарядов. Общий заряд после этого будет отрицательным и равным заряду 2 млн. электронов. Гильзы теперь заряжены одноименно, они оттолкнутся друг от друга.

Решение задачи полезно проверить на опыте, зарядив гильзы разными по знаку и по величине зарядами.

234 (э). На тонкой шелковой нити висит заряженная бумажная гильза. Определите знак ее заряда, пользуясь эбонитовой палочкой и куском шерстяной ткани.

Решение. Потерев эбонитовую палочку о шерсть, подносят ее к гильзе. Заряд эбонитовой палочки отрицательный. Если гильза притянется к палочке, то ее заряд положительный, если оттолкнется — отрицательный. Нельзя допускать, чтобы гильза коснулась палочки. Если такое касание все-таки произойдет, то учащимся надо объяснить наблюдаемое явление. При касании гильзы и палочки их заряды станут одноименными и гильза во всех случаях оттолкнется от палочки. Очень важно, чтобы учащиеся оперировали понятием электрического поля: вокруг палочки существует электрическое поле, которое действует на заряженную гильзу, притягивая или отталкивая ее.

235 (э). Что изменится в опыте (см. условие задачи 234), если к гильзе поднести не эбонитовую палочку, а кусок шерстяной ткани, которой натирали палочку?

Ответ. Шерстяная ткань заряжена положительно. Если гильза притянется к ткани, то ее заряд отрицательный, если оттолкнется — положительный. На гильзу действует электрическое поле, существующее вокруг куска положительно заряженной шерстяной ткани.

236 (э). Возьмите какой-либо металлический предмет в руку и попробуйте его наэлектризовать трением о сукно. Электризацию не обнаруживают. Возможна ли вообще электризация металлических предметов? Если возможна, то как ее осуществить?

Ответ. Электризация возможна, но для этого металлические предметы надо обязательно тщательно изолировать от земли. Для иллюстрации этого явления следует показать электризацию трением о сукно металлической пластинки на изолирующей ручке.

Если электризуемый металлический предмет держать в руке (без изоляции), то предмет заземляется через руку и тело человека. Наэлектризовать его, естественно, нельзя.

237 (э). Положите на стол полоску бумаги и натрите ее шерстяной тканью. Полоска наэлектризуется. Приблизьте к полоске сверху руку. Объясните, почему полоска притягивается к руке?

Ответ. Происходит явление электростатической индукции. На ближайшей к полоске бумаги стороне руки возникает заряд

Рис. 34.

противоположного знака заряду бумаги, а на дальней стороне — одноименный заряд. Разноименные заряды оказываются ближе друг к другу, чем одноименные, поэтому сила притяжения будет больше силы отталкивания, и бумажка притягивается к руке.

Полезно обсудить с учащимися объяснение явления электростатической индукции на основании электронной теории. В электризующемся теле под действием сил электрического поля происходит перемещение свободных электронов, благодаря чему на одном конце тела оказывается избыток, а на другом — недостаток электронов.

В заключение с учащимися обсуждают ядерную модель атома, чертят схемы простейших атомов.

238. Начертите схему атомов водорода, гелия и лития, учитывая, что они имеют соответственно 1, 2 и 3 электрона.

Вычерчивая схемы (рис. 34), учащиеся должны указать, что ядро атома содержит положительный заряд, равный отрицательному заряду всех вращающихся вокруг ядра электронов. Общий заряд атома равен нулю.

Орбиты электронов изображают круговыми. Возможно изображать не орбиты, а электронные слои. Тогда у водорода в первом слое один электрон, а у гелия — два электрона. Первый слой может иметь максимально два электрона. Поэтому у атома лития третий электрон находится во втором электронном слое.

Схемы более сложных атомов в VII классе не рассматривают.