upload/images/files/Домашние опыты по электростатикеx

Республиканская научно-практическая
конференция для учащихся 5-8 классов
«Ломоносовские чтения»
Секция: физика
Домашние опыты по электростатике
Баширов Артём
Агрызский район, село Бима
МБОУ Бимская СОШ, 8 класс
Научный руководитель: Исанаева Е.А.
Набережные Челны
2014
Оглавление
Введение
3
Опыты по электрическим явлениям в домашних условиях
4
Условия проведения экспериментов
4
Подготовка необходимого оборудования
5
Проведение опытов
7
Заключение
10
Литература
12
Приложение
Введение
В седьмом классе я начал изучать физику, она мне нравится. Особенно интересны
опыты, которые проводит на уроках учитель. Если проводится эксперимент, урок
становится нескучным, легче воспринимается учебный материал, лучше запоминается.
Когда, например, говорят об атмосферном давлении, я сразу вспоминаю опыт с
перевёрнутым с водой стаканом, который удерживался только листочком бумаги. При
первом показе он произвёл на меня очень большое впечатление, я не поверил своим
глазам, думал, учитель проводит для нас фокусы с обманом, ведь и листок, и вода должны
падать вниз. Теперь знаю, что вода в перевёрнутом стакане удерживается силой
атмосферного давления.
Но часто на уроках опыты изучаем только по описанию в учебнике, рисункам,
видеофильмам. Учитель говорит, что для проведения опытов не хватает приборов, нет
оборудования. Это понятно, но все равно очень жалко, что многие интересные явления
природы нельзя увидеть реально, своими глазами или провести эксперимент самому.
Недавно мы начали изучать электрические явления. На первом уроке учитель
показала несколько опытов с эбонитовой
и стеклянной палочками, гильзами,
электрическими султанами. Я и сам часто замечал, как электризуются пластмассовая
расчёска, ручка, пластиковая бутылка, появляются треск и искры, когда я снимаю одежду.
Мне это всегда было интересно, и я решил узнать, нельзя ли провести опыты по
электрическим явлениям в домашних условиях.
Целями моей исследовательской работы являются изучение возможности
постановки опытов по электрическим явлениям в домашних условиях, проведение опытов
с помощью подручных материалов.
Для достижения целей я поставил перед собой следующие задачи:
1. Тщательно изучить в учебнике физики главу «Электрические явления».
2. Найти в кабинете физики, библиотеке, интернете литературу по теме, изучить
её.
3. Повторить в домашних условиях те опыты, которые описаны в учебнике, в
дополнительной литературе, найти им объяснение.
4. Самому придумать новые опыты по электростатике.
Простые опыты по различным курсам физики описаны в книге Даминова Р.В.
«Физический эксперимент. Это просто. Занимательные опыты с пластиковыми
бутылками» (издание второе, переработанное и дополненное) – Казань: центр
инновационных технологий, 2002. – 129 стр. Книга содержит описания физических
опытов с пластиковыми бутылками. Среди множества опытов я нашёл описания
экспериментов по теме исследования. Их оказалось 3: 1) емкость для зарядов, 2) струя и
вата в электрическом поле, 3) поляризация. Для демонстрации первого и третьего опытов
нужна электрофорная машина, которая в нашей школе находится в нерабочем состоянии.
Второй опыт прост, эффективен, мне он понравился.
Очень хороший материал я нашёл в интернете по адресу:
http://learning.9151394.ru/pluginfile.php/365918/mod_resource/content/0/OPYTY_PO_E
HLEKTROSTATIKE.doc Этот же материал имеется по адресу http://www.all-fizika.com/.В
этих публикациях описаны множество очень простых опытов по электростатике, которые
легко, без проблем можно сделать самому без помощи взрослых в домашних условиях.
В работе мне также помогли небольшая заметка и статья из журналов «Физика в
школе». В первой указано, как использовать полиэтиленовую плёнку для опытов по
электрическим явлениям, во второй – какие опыты можно сделать с пенопластовыми
шариками.
Арабская пословица гласит: “Один опыт стоит тысячи слов”. В справедливости
данного утверждения я убедился, выполняя дома простые опыты по электрическим
явлениям. Я узнал, почему электризуются предметы, одни меньше, другие больше,
научился сам делать «гильзы» для опытов, разнообразные из всевозможных материалов
султанчики, простейший электроскоп, которого никогда не было в нашей школе, разные
«карусели», которые начинают вращаться «по моему хотению». Могу по желанию
заставить двигаться пенопластовые шарики внутри бутылки. Все эти опыты я показываю
своим друзьям, могу помочь учителю на уроке с демонстрацией при изучении
электрических явлений. Каждый опыт могу объяснить.
Опыты по электрическим явлениям в домашних условиях
Условия проведения экспериментов
Хочу начать с одного очень важного условия для проведения опытов по
электростатике. Мои первые опыты, проводимые с соблюдением всех инструкций, не
всегда были удачными: иногда все получалось отлично, иногда - почти безрезультатно.
Мне было стыдно перед друзьями, когда на заседании школьного научного общества не
все мои опыты получились так, как надо. Электризация была слабой, заряд быстро
терялся. Через некоторое время заметил, что самое главное условие для удачного
проведения опытов по электростатике – это сухое помещение, все оборудование тоже
должно быть сухим и чистым. В школе влажность воздуха выше, чем дома. Вода –
хороший проводник, поэтому заряд быстро теряется.
При проведении уже известных экспериментов нужно соблюдать инструкции:

Сначала - прочитать!

Прежде чем начинать эксперимент, внимательно прочитать, как его проделывать.

Собрать все необходимые материалы!

Эксперимент! Внимательно наблюдать!
Подготовка необходимого оборудования
Для изучения явления электризации тел нужно сделать султанчики, гильзы,
электроскоп. Ещё понадобятся воздушные шарики, пластмассовая расчёска, пластиковые
бутылки, корпус шариковой ручки, кусок пенопласта, пластмассовые использованные
ёмкости.
Нужно запастись
также шерстяным, меховым, шелковым
лоскутками, кусочками кожи, полиэтиленовой пленкой.

Султанчик.
В
корпусе
шариковой
ручки
закрепить
разрезанную на узкие полоски салфетку, елочный «дождь» и установить ее
на подставке – любой пластиковой коробке или крышке, которую можно
проткнуть шилом.
Можно сделать еще султанчик из шерстяных ниток или из ниток
мулине. Распушить их, чтобы нитки стали легкими.
Самый хороший султанчик получается из лёгкой полиэтиленовой
плёнки. Я разрезал упаковочный пакет на полоски.

Гильзы. Из упругой металлизированной пленки – для упаковки
цветов, печенья, чипсов и т.п. – вырезать небольшую полоску 3,5 ґ 4 см. Обернуть ее
вокруг незаточенного конца круглого карандаша, а кончик скрутить фантиком. Привязать
к кончику нитку длиной 30–40 см. Второй конец нитки закрепить на ковровом колечке
или скрепке. Сделать две такие гильзы. Хранить их удобно в футляре от фотопленки или в
коробочке от «киндер-сюрприза». Сделать также две гильзы из папиросной бумаги и еще
один комплект – из пенопласта или пластика. В пенопласт легко воткнуть булавку, а к
головке булавки удобно крепить нитку.
Гильзы должны быть легкими – ведь электростатические силы невелики. Если
гильзы помялись, их форму легко восстановить на круглом карандаше.
Для проведения опытов нужна также стойка для крепления гильз.

Электроскоп. Взять любую прозрачную стеклянную банку с пластмассовой
крышкой и сделать в крышке маленькое отверстие, в которое вставить гвоздь либо
толстую проволоку. Кончик гвоздя загнуть и закрепить на нем сложенную пополам
полоску фольги или папиросной бумаги (рис. а).
Можно изготовить миниатюрный электроскоп из аптечного пузырька. Взять
медную проволоку и пропустить ее через пробку. На конце проволоки закрепить две
булавки. Для увеличения емкости электроскопа наружный конец проволоки свернуть
улиткой (рис. б).
Еще один способ: взять пластиковую бутылку, отрезать ее верхнюю коническую
часть, покрыть пищевой фольгой как внутреннюю, так и наружную часть бутылки,
прикрепить (можно обычной аптекарской резинкой) к внешней части «метелку» из узких
полосок легкой бумаги (рис. в).

«Карусель». Установить на подставку длинную линейку – для сравнения
взять три: деревянную, металлическую и пластмассовую. Подставкой может служить
обычная перегоревшая лампочка в банке из-под майонеза, пластмассовая ёмкость из-под
шарикового дезодоранта (рис. а). Но лучше подставку сделать из стеклянной бутылки с
пробкой: вставить в пробку по центру иголку, а на иголку надеть перевернутый
стеклянный стакан (рис. б). Последний вариант не для таких неуклюжих как я. Я уронил
стакан, и он разбился.
Стрелка. Упрощенный вариант – согнутая пополам полоска бумаги, одетая на
острие иголки, вставленной в ластик (рис. а). Стрелка, изготовленная по «выкройке» (рис.
б), более устойчива. Вторую стрелку сделать из фольги.
Проведение опытов
Первый опыт. Беру пластмассовую линейку и натираю
бумагой. Линейка станет наэлектризованной. Электризуются
сразу два тела: лист бумаги и линейка. Электростатическое
взаимодействие объясняется перераспределением электрических
зарядов. Если поднести линейку к любому султанчику, полоски
потянутся за палочкой и будут за ней перемещаться. Мы наблюдаем электризацию на
расстоянии.
Второй опыт. Беру чистую сухую пластиковую бутылку и маленький кусочек ваты.
Наэлектризую бутылку трением и поднесу к ватке. Ватка притянется.
На
ватке
со
стороны
наэлектризованной
бутылки
образуется
заряд,
противоположный заряду емкости, поэтому ватка притягивается к бутылке. Дома
распушенная ватка даже парит над бутылкой.
Третий опыт. В этой пластиковой бутылке имеется кусочки пенопласта. Они очень
лёгкие. Поднесу, не дотрагиваясь, заряженную ручку. Шарики «оживают», прилипают к
стенке, прилипают надолго, могут висеть до завтра. Это явление тоже связано с
электричеством.
Четвёртый опыт. У меня есть игрушка. Мне её дали на ёлке. Если на железной
ножке рожка оставить заряд от бутылки, то ленточки отталкиваются друг от друга. На
всех ленточках оказывается одинаковый заряд. Одноимённые заряды отталкиваются.
Пятый опыт. В одной пластиковой бутылке имеется обычная вода. Внизу
небольшое отверстие. Вода под давлением вытекает из бутылки. Под действием силы
тяжести струя падает вниз.
Теперь я беру другую пластиковую бутылку, электризую и поднесу к струйке.
Струя падает по-другому.
Наблюдаемое явление объясняется просто. Пластиковая бутылка при трении
электризуется. Под действием наэлектризованной бутылки на водяных каплях со стороны
поднесённой
бутылки
образуются
заряды,
противоположные
заряду
бутылки.
Разноимённые заряды притягиваются, поэтому вода меняет направление своего движения.
При удалении от бутылки разноименно заряженные капли притягиваются и капли растут в
размере. Такое же явление наблюдается при грозе. Дождевые капли при этом всегда
крупнее, чем при обычном дожде.
Шестой опыт. Беру две полиэтиленовые полоски (ПЭТФ), положу на стол рядом,
несколько раз проведу по ним листом чистой сухой бумаги. Возьму в одну руку полоску, а
в другую бумагу. Сближаю их. Полоска из пленки начнет изгибаться в сторону бумаги,
что говорит о том, что пленка и бумага наэлектризованы и имеют различные заряды.
Бумажный лист отложу в сторону и возьму вторую полиэтиленовую полоску.
Попробую
сблизить
их.
Одноимённо
заряженные
полоски
отталкиваются
в
противоположные стороны. Используя это явление, я сделал султан из лёгких полосок,
разрезав лёгкий упаковочный пакет. Описание такого султана я в литературе не нашёл.
Мой султан сильно реагирует даже на очень слабые заряды и даже во влажном
помещении не сразу теряет заряд.
Седьмой опыт. Заряжаю палочку (линейку), потерев ее о любой лоскуток. Поднесу
ее к измельченным листочкам бумаги. Листочки будут прилипать к палочке, причем
начнут «реагировать» еще до соприкосновения с ней. Заряд, создавая вокруг себя
электрическое поле, действует на расстоянии на эти листочки бумаги и электризует их.
Если размер кусочков бумаги значителен и сила тяжести оказывается соизмеримой
с электрической силой, листочки будут только приподниматься, могут даже вставать на
ребро, но не будут отрываться от стола. Наэлектризованной о волосы расческой можно
поставить вертикально листочек размером 8x8 см. Я заметил, расчёска сильно
электризуется только от чистых волос, от грязных эффект маленький.
Можно провести эксперимент с обрезками ниток, кусочками тканей, полиэтилена,
т.е. с любыми лёгкими диэлектриками. Наблюдается похожее поведение.
Возьму кусочки фольги или металлизированной пленки, т.е. металлические
проводники. Легкие кусочки фольги будут подскакивать, ударяться о заряженную
палочку и резко отлетать от нее. При соприкосновении с наэлектризованной палочкой
фольга заряжается
Восьмой опыт. Проведу наэлектризованной палочкой над металлической скрепкой,
ножницами – слышен легкий треск, напоминающий разряды. То же самое происходит,
когда вы снимаете с себя синтетическую одежду. Целый день она терлась о ваше тело –
электризовалась, – но электризовалось и ваше тело. Тело получило заряд одного знака,
одежда – другого. При разъединении вы слышите характерный треск и ощущаете
некоторое покалывание. В темноте можно даже увидеть крошечные молнии. Если вы
носите синтетическую шубу, то, прикасаясь к металлическим предметам, ощущаете
достаточно сильный электрический разряд.
В одежде из хлопка и натуральных волокон этого не происходит. Ученые
определили, что для клеток живого организма вредно находиться в заряженном
состоянии. Отсюда вывод: несмотря на удобство и относительную дешевизну
синтетической одежды, не стоит ею увлекаться.
Еще один опыт с электризацией на расстоянии. Поднесу наэлектризованную
палочку к деревянной линейке-«карусели». Линейка поляризуется и начнет притягиваться
к палочке. С помощью заряженной палочки можно заставить линейку вращаться.
Проделаю этот опыт с металлической линейкой. Из-за явления электростатической
индукции металлическая линейка также будет притягиваться к палочке и вращаться за
ней.
Сложнее обстоит дело с пластмассовыми линейками. Есть материалы, которые
будут отталкиваться, а не притягиваться к заряженной палочке. Это прозрачные линейки
из полистирола. Явление объясняется тем, что в них существуют «замороженные» заряды.
В процессе производства, когда материал был еще жидким, на него воздействовало
случайное электрическое поле, которое вызвало к его поверхности заряды. При остывании
материала они потеряли свою подвижность.
Подвешу на стойку гильзу из фольги. Поднесу к ней наэлектризованную палочку.
Гильза придет в движение: вначале прикоснется к палочке, затем резко отлетит в
противоположную сторону. Попытка повторно прикоснуться к гильзе наэлектризованной
палочкой кончится неудачей – она уйдет в сторону. Дело в том, что, прикоснувшись к
заряженной палочке, гильза зарядилась одноименно, а одноименно заряженные тела
отталкиваются, в чем мы и убеждаемся.
Чтобы снять заряд с гильзы, достаточно до нее дотронуться рукой. Тело человека
является хорошим проводником электричества.
Подвешу на стойке на небольшом расстоянии друг от друга две гильзы на одном
уровне. Заряжаю одну из них. Другую начинаю приближать. Если гильзы закреплены на
кольцах, то это нетрудно сделать. В первый момент они притянутся друг к другу,
прикоснутся и резко разлетятся в разные стороны. Продолжаю сближать колечки до
полного их соприкосновения, однако гильзы останутся разведенными, под углом друг к
другу. Еще раз убеждаемся: одинаково заряженные тела отталкиваются.
Между гильзами помещаю палочку, имеющую тот же знак заряда, – гильзы
разойдутся на больший угол. Перемещаю палочку – и гильзы будут ее «сопровождать». В
этом опыте мы имеем три одинаково заряженных тела, отталкивающихся друг от друга.
Помещаю гильзы на некотором расстоянии друг от друга. Заряжаю одну из них.
Чтобы определить, какая из них заряженная, достаточно поднести к гильзе руку:
незаряженная гильза не будет реагировать на руку, а заряженная притянется к руке!
«Электрический» компас. Возьму бумажную стрелку. Накрою ее сверху стеклянной
банкой. Потру в одном месте стекло шерстяным лоскутком. Бумажная стрелка притянется
к этому месту.
Повторю опыт с прозрачной пластиковой баночкой. Пластик легче электризуется, и
эффект получается больший. Начну поворачивать банку – за ней будет поворачиваться и
стрелка.
Поднесу заряженную палочку к стрелке, находящейся под банкой. Стрелка будет
чутко реагировать на изменение положения палочки, т.е. на электрическое поле.
Диэлектрики не экранируют электрические поля.
Очень зрелищны опыты с воздушными шариками.
Наэлектризую шарик, потерев его о волосы. Приподнимая шарик над головой,
видно, как за ним тянутся волосы. Чем не султанчик?
Проверю, как прилипают к наэлектризованному шарику мелкие предметы:
бумажки, нитки, металлическая фольга и пр. Эффект получается больше, чем от
наэлектризованной палочки. Если проводить опыт с сахарным песком, солью, мукой, то
шарик покроется «снегом».
Если наэлектризованный шарик прислонить к вертикальной стенке или к потолку –
он будет долго висеть в таком положении.
Возьму два воздушных шарика. Наэлектризую их и положу на гладкую
поверхность стола. Шарики будут отталкиваться друг от друга и препятствовать
сближению. На стол они ложатся наэлектризованной стороной.
Возьму нитки наэлектризованных шариков в одну руку. «Строптивые» шарики
разлетаются в разные стороны.
Заключение
Исследуя возможности проведения опытов по электрическим явлениям в домашних
условиях, я узнал много нового, полезного для себя, намного больше, чем написано в
учебнике физики. Я научился сам мастерить необходимое оборудование, ставить опыты,
объяснять наблюдаемые явления. Мне было очень интересно. Удачные опыты вызывали
большую радость, я получал огромное удовольствие от них. Мне постоянно хотелось
поделиться своими находками с родителями, друзьями. Известную поговорку «Лучше
один раз увидеть, чем сто раз услышать» мне теперь хочется заменить другой – «Лучше
один раз сделать самому, чем сто раз увидеть и услышать».
Я полностью согласен с мнением, что «опыты помогают нам в более наглядной
форме увидеть, запомнить и самое главное понять сущность физических законов и
принципов, по которым устроен наш мир. Ведь теория, как известно, без практики мертва,
и без практического подтверждения все физические формулы и теоремы можно отнести к
сфере предположений, домыслов и теоретических умствований. Теория дает знание, практика же, дает уверенность в этом знании, а эта уверенность, в свою очередь, и
является тем базисом, который представляет собой основу мировосприятия» (3)
Проводя опыты по электрическим явлениям, я убедился, что современные
синтетические материалы сильно электризуются, долго сохраняют заряд. Когда я вырасту,
наверное, всегда буду помнить, что носить одежду из искусственных материалов вредно и
из-за статического электричества, поэтому буду стараться покупать одежду из
натуральных тканей. Дом, в котором я живу, тоже должен быть экологически чистым, как
можно меньше в нём должно быть искусственных материалов, накапливающих заряд,
пыль, грязь. Мой папа строит дом: есть стены, крыша, окна. Я папе сказал, что в нашем
доме не нужно стелить на пол линолеум, использовать ламинат, пусть пол будет
деревянный, экологически чистый, и всем будет комфортно в нашем доме.
Литература
1. Даминов Р.В. «Физический эксперимент. Это просто. Занимательные опыты с
пластиковыми бутылками» (издание второе, переработанное и дополненное) –
Казань: центр инновационных технологий, 2002. – 129 стр.
2. http://learning.9151394.ru/pluginfile.php/365918/mod_resource/content/0/OPYTY_PO_
EHLEKTROSTATIKE.doc
3. http://www.all-fizika.com/
4. Журнал «Физика в школе», №1, 1993 год
Приложение
Электризация полиэтиленовой плёнки
«Карусель» из двух линеек
«Живые» пенопластовые шарики
Наэлектризованная «корона» - султан
Наэлектризованные шары
Изменение направления струи воды с помощью наэлектризованной линейки