§28. Електричне поле (173-178)

Електричне поле

Електричне поле

1) «Струмінь води і гребінець» — сила електричного поля на полярні молекули

Потрібно: пластмасовий гребінець/лінійка/надута кулька, сухий рушник/вовняний светр, кран з тонким безперервним струменем води, транспортир/візуальна оцінка кута.

Кроки:

1. Заряди гребінець натиранням (20–30 разів по сухій тканині).

2. Підведи його до тонкого струменя води (не торкаючись). Струмінь відхилиться.

3. Виміряй (або оціни) кут відхилення при трьох відстанях від гребінця (наприклад, 1 см, 2 см, 4 см). Запиши.

Пояснення/висновок: поле зарядженого тіла орієнтує диполі води → на струмінь діє сила поля. Чим далі — тим менше поле й менше відхилення.
Експериментальна задача: побудуй грубу «залежність» (табличку: відстань — кут). Зроби висновок, чи «слабшає» поле швидко чи повільно.

2) «Кульковий електроскоп у банці» — виявлення поля та електростатична індукція

Потрібно: скляна банка з кришкою, тонка нитка, маленька кулька з фольги (або легенький «кульочок» з фольги), пластмасова трубочка/лінійка/кулька для заряджання, суха тканина.

Збірка: підвісь фольгову кульку на нитці до кришки, закрий банку.

Кроки:

1. Заряди пластик натиранням і піднеси ЗОВНІ до банки збоку. Кулька всередині відхилиться до тієї стінки.

2. Прибери заряджений предмет — кулька повернеться.

3. Піднеси руку до банки — відхилення зменшиться (частина поля «гаситься» через індукцію на тілі людини).

Пояснення: електричне поле проходить крізь скло; в металі кульки наводиться заряд (індукція), тому на кульку діє сила поля.
Експериментальна задача: порівняй відхилення при піднесенні з різних відстаней та різних матеріалів (лінійка vs надута кулька). Зроби висновок, що «сильніший» заряд дає більше відхилення.

3) «Міні-клітка Фарадея» — екранування електричного поля

Потрібно: та сама банка з кулькою або окремий підвіс, металева сітка/друшляк/фольгований стакан, заземлення (доторкнути сітку до металевої труби/крана або просто тримати рукою).

Кроки:

1. Розмісти банку з підвішеною фольгою всередині металевої «клітки» (друшляк/екран з фольги).

2. Заземли екран (торкайся рукою або до крана).

3. Піднеси заряджений гребінець ЗЗОВНІ до екрана — кулька майже не реагує.

4. Прибери екран — відхилення з’являється знову.

Висновок: металевий замкнений екран «не пускає» електричне поле всередину (вільні електрони перерозподіляються і компенсують поле) — демонстрація дії поля та його екранування.

4) «Паперові метелики» — силові лінії біля країв/гострих частин

Потрібно: тонкі смужки паперу (1×2 см), надута гумова кулька/пляшка, суха тканина.

Кроки:

1. Розклади «метеликів» на столі.

2. Заряди кулю натиранням і повільно наближай. Смужки підскакують і прилипають.

3. Повільно веди кулю: на межах/гострих місцях (місцеві «краї» кулі чи пляшки) «метелики» реагують активніше.

Висновок: поле сильніше там, де геометрія створює «згущення» заряду (у реальних провідниках — на виступах/краях).
Завдання: порівняй реакцію для гладкої кулі та для пляшки з ребрами — де «сильніше»?

5) «Деформація маятника» — якісне вимірювання сили поля

Потрібно: легкий маятник (нітка 20–30 см + кулька з фольги), заряджуваний пластик.

Кроки:

1. Підвісь маятник, щоб ледь торкався «0»-мітки на аркуші.

2. Заряди лінійку/кулю і наближай збоку на фіксовану відстань (наприклад, 2 см, 4 см, 6 см).

3. Виміряй поперечне відхилення (лінійкою по аркушу). Запиши в таблицю «відстань — відхилення».

Висновок: сила електричного поля спадає з відстанню — видно по менших відхиленнях.
Міні-задача: порівняй для двох різних матеріалів (наприклад, гребінець vs надута кулька). Хто «сильніший»?

6) «Поле і поляризація: чому папір притягується завжди?» (експериментальна задача-пояснення)

Сцена: зарядженою кулькою торкнися дрібних папірців — вони притягнуться і до +, і до −.

Запитання до учня: чому папір однаково реагує на будь-який знак?
Підказка: електричне поле поляризує нейтральне тіло: ближня сторона набуває індукованого заряду протилежного знаку → сила притягання більша, ніж відштовхування дальньої сторони.
Завдання: поясни своїми словами, намалюй «схему зарядів» на папірці.

7) «Вода vs масло» — де поле «працює» краще?

Потрібно: прозорий склянки, вода; за можливості — інша склянка з рослинною олією; заряджена кулька/гребінець.

Кроки:

1. Повільно опусти заряджену кулю над поверхнею води — помітна деформація поверхні (ледь вгинається).

2. Повтори з олією — ефект значно менший або відсутній.

Висновок: полярні молекули води реагують на поле сильніше, ніж неполярні молекули олії.
Експериментальна задача: зроби фото/начерки та короткий висновок «де сильніша дія і чому».

8) «Візуалізація поля: слід на пилюці» (спостереження)

Потрібно: темна поверхня, дрібна пил/манка; заряджена кулька.

Кроки:

1. Легко посип поверхню пилюкою/манкою (тонкий шар).

2. Піднеси заряджену кулю паралельно поверхні на висоті ~1–2 см і повільно веди.

3. Зернятка підстрибують/організуються в «доріжки».

Висновок: електростатична сила діє навіть на дуже легкі тіла — видно «сліди» дії поля.
Питання: чому ефект слабшає різко, якщо підняти кулю вище?