Anna veica eksperimentu – tuvināja pozitīvi lādētu stikla stienīti vieglai neuzlādētai metāla čaulītei, kas iekārta izolējoša materiāla diegā. Anna konstatēja, ka čaulīte pie stienīša pievelkas.
Anna bija pārsteigta par rezultātu. Viņa bija gaidījusi, ka metālā esošie elektroni pie stienīša pievilksies, bet pozitīvi lādētie kodoli atgrūdīsies. Tādējādi pretēji vērstie spēki kompensēs viens otru un čaulīte paliks nekustīga.
Izskaidro eksperimentā novēroto fizikālo procesu!
Anna novēroja elektrostatiskās indukcijas parādību. Metālu kristālrežģa mezglpunktos atrodas gan neitrāli atomi, gan pozitīvi metālu joni, un daļa elektronu brīvi pārvietojas pa metāla kristālrežģi. Ja neuzlādētai metāla čaulītei tuvina pozitīvi lādētu stikla stienīti, tad stienīša elektriskais lauks iedarbojas uz brīvajiem elektroniem čaulītē, un tie pārvietojas uz čaulītes malu, kas atrodas tuvāk stienītim. Uz čaulītes malas, kas ir tuvāk stienītim, izveidojas elektronu pārpalikums (inducēsies negatīvs elektriskais lādiņš), bet uz čaulītes pretējās malas izveidojas elektronu iztrūkums (inducēsies pozitīvs elektriskais lādiņš). Protams, stienīša elektriskais lauks darbojas arī uz kristāliskā režģa joniem, taču tie ļoti masīvi salīdzinājumā ar elektroniem un tāpēc nepārvietojas.
Rezultātā uz čaulītes tuvāk pozitīvi lādētajam stienītim būs negatīvs elektriskais lādiņš, bet tālāk no stienīša – pozitīvs elektriskais lādiņš. Pievilkšanās spēks starp stienīša pozitīvo lādiņu un čaulītes sāna negatīvo lādiņu ir stiprāks, nekā atgrūšanas spēks starp stienīša pozitīvo lādiņu un čaulītes sāna pozitīvo lādiņu tāpēc, ka elektroni atrodas tuvāk stienītim, nekā pozitīvie elektriskie lādiņi.
Uzdevuma izpilde eksāmenā - 15%.
Vērtēšanas kritēriji
Zina, ka metāla čaulītē ir pozitīvi un negatīvi lādiņi, kas izvietojušies haotiski – 1 punkts.
Zina, ka negatīvie lādiņi (elektroni) pārvietojas čaulītē uz pozitīvi lādētā stienīša pusi – 1 punkts.
Skaidro čaulītes pievilkšanos pie stienīša ar pozitīvo un negatīvo lādiņu atšķirīgiem attālumiem no stienīša - 1 punkts.
Skolēnu risinājumu un to vērtējumu piemēri
1. piemērs: risinājums novērtēts ar 0 punktiem.
2. piemērs: risinājums novērtēts ar 2 punktiem (skaidrojumā neparādīta izpratne par to, ka čaulītes pievilkšanos pie stienīša nosaka pozitīvo un negatīvo lādiņu atšķirīgie attālumi no stienīša).
3. piemērs: risinājums novērtēts ar 2 punktiem (skaidrojumā neparādīta izpratne par to, ka čaulītes pievilkšanos pie stienīša nosaka pozitīvo un negatīvo lādiņu atšķirīgie attālumi no stienīša).
