Слайд 1Электростатика
Тема Урока:
Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона
Слайд 2
В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остаётся неизменной
q1 +q2
+ q3 +…….+qn =const
(Закон сохранения электрического заряда)
Слайд 3Кулон Шарль Огюстен (1736-1806)
Французский физик Шарль Кулон родился в городе Ангулеме.
После окончания средней школы он поступил на военную службу. В Париже прошел инженерную подготовку и был направлен на остров Мартинику для строительства укреплений. В 1772 г. Кулон вернулся во Францию и был назначен инженером по крепостным и водным сооружениям. Одновременно со службой он проводил научные исследования. Вначале его привлекли проблемы трения, кручения и сопротивления материалов.
Его имя стало известно в научном мире в 1777 г., когда он опубликовал ряд работ, в которых представил результаты экспериментов по измерению кручения волос, шелковых и металлических нитей.
За эти работы в 1781 г. Кулона избрали членом Парижской академии наук.
Слайд 4На тонкой серебряной нити подвешена лёгкая стеклянная палочка с, на одном
конце которой закреплён металлический шарик а, а на другом противовес d.
Верхний конец нити закреплён на вращающейся головке прибора е, угол поворота которой можно точно отсчитывать.
Внутри прибора имеется такого же размера металлический шарик b, неподвижно закреплённый на крышке весов.
Все части прибора помещены в стеклянный цилиндр, на поверхности которого нанесена шкала, позволяющая определить расстояние между шариками a и b при различных их положениях.
Слайд 6Кулоновская сила подчиняется III закону Ньютона: силы взаимодействия между зарядами равны
по модулю и направлены противоположно друг другу вдоль прямой, соединяющей эти заряды. Кулоновские силы F — центральные силы
Слайд 7|q1| и |q2| - модули зарядов (Кл)
r – расстояние между
зарядами (м)
k = 9 * 109 Н * м2/Кл2
F – Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел (Н)
ε – диэлектрическая проницаемость
Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
(ε = Fвак/ Fсреды)
ЗАКОН КУЛОНА - 1785 г.
ε
Слайд 8Разноименные заряды притягиваются. Одноименные заряды отталкиваются.
Единица заряда — кулон
(1 Кл). Это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А.
Минимальный заряд, существующий в природе,— заряд электрона:
e = - 1,6.10-19 Кл
Слайд 91.↓ 2. ↑ 3. ← 4. →
10.
Как направлена кулоновская сила , действующая на положительный точечный заряд,
помещенный в центр квадрата, в углах которого находятся заряды: (+q), (+q), (—q), (—q)?
Слайд 11г)распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.
с
≈ 3 · 108 м/с
Слайд 12д)силовые линии – это линии, касательные к которым в любой точке
поля совпадает с направлением вектора напряженности
Слайд 13е)Однородным называется электростатическое поле, во всех точках которого напряженность одинакова по
величине и направлению, т.е. Однородное электростатическое поле изображается параллельными силовыми линиями на равном расстоянии друг от друга
Слайд 14 В случае точечного заряда, линии напряженности исходят из положительного заряда и
уходят в бесконечность; и из бесконечности входят в отрицательный заряд.
Слайд 15Для системы зарядов, как видим, силовые линии направлены от положительного заряда
к отрицательному (электрический диполь)
Слайд 18Напряженность электрического поля
Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика
напряженность электрического поля.
Напряженностью электрического поля называют векторную физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, внесенный в данное поле, к величине этого заряда:
Единица измерения напряженности:
[E] = 1 Н/Кл = 1 В/м
Слайд 20Напряженность – силовая характеристика электрического поля
Если в точке А заряд
q > 0, то векторы напряженности и силы направлены в одну и ту же сторону;
при q < 0 эти векторы направлены в противоположные стороны.
Слайд 21Напряженность поля точечного заряда на расстоянии r от него. Здесь q
- заряд, создающий поле!
Слайд 22Принцип суперпозиции электрических полей
Принцип суперпозиции:
Напряженность результирующего поля, системы точечных зарядов
равна векторной сумме напряженностей полей, созданных в данной точке каждым зарядом в отдельности.
Слайд 23Определите напряженность поля в центре квадрата,
в углах которого находятся заряды: (+q),
(+q), (—q), (—q)?
E2
3
1
4
2
E1
E4
E3
Слайд 25(ЕГЭ 2010 г.) А17. Какое направление в точке О имеет вектор
напряженности электрического поля, созданного двумя одноименными зарядами?
1.↓ 2. ↑ 3. ← 4. →
Слайд 26Поле бесконечной однородно заряженной плоскости
ε0 = 8,85*10-12 Ф/м - абсолютная диэлектрическая
проницаемость - Ф/м
Слайд 27Напряженность поля двух заряженных пластин
Слайд 282.5.5. Поле заряженного шара
r >R от центра шара напряженность поля определяется
Внутри проводящего шара (r
Слайд 30Работа поля по перемещению заряда
Потенциальная энергия заряда в поле
Работа сил электростатического
поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.
Работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.
Силовые поля, обладающие этим свойством, называют потенциальными или консервативными.
Слайд 32 Потенциал не зависит от величины заряда, помещенного в это поле.
Потенциальная энергия
заряда в данной точке поля, а значит, и потенциал зависят от выбора нулевой точки.
За точку отсчета потенциала выбирают в зависимости от задачи: а) потенциал Земли, б) потенциал бесконечно удаленной точки поля, в) потенциал отрицательной пластины.
Слайд 34СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ ПОЛЯ И РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ
Чем меньше меняется потенциал на
отрезке пути, тем меньше напряженность поля.
Напряженность эл. поля направлена в сторону уменьшения потенциала.
Слайд 36ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ -
поверхности, все точки которых имеют одинаковый потенциал
для однородного
поля - это плоскость
Слайд 37для поля точечного заряда - это концентрические сферы
Слайд 38Свойства
Эквипотенциальная поверхность имеется у любого проводника в электростатическом поле, т.к. силовые
линии перпендикулярны поверхности проводника.
Все точки внутри проводника имеют одинаковый потенциал ( =0).
Напряженность внутри проводника = 0, значит и разность потенциалов внутри = 0.
Слайд 39дистиллированная вода, спирт.
парафин, бензол, азот
Слайд 41При помещении проводника все свободные заряды одного знака устремляются в одну
сторону, заряды противоположного знака в противоположную сторону, это явление называется электростатической индукцией. Внутреннее поле, которое при этом образуется внутри проводника "гасит" внешнее поле.
Так как свободные заряды концентрируются по краям, а не во всем объеме вещества, как у диэлектриков, то внутри проводника отсутствует электростатическое поле. Напряженность внутри проводника равна нулю. Использование этого свойства называется электростатической защитой. Помещенные внутрь проводника тела не будут испытывать действие внешнего электростатического поля, проводник как бы ограждает.
Слайд 43Практический интерес представляют системы из двух проводников, разделенных диэлектриком. Это конденсаторы,
способные накапливать электрический заряд и соответственно энергию электростатического поля.
Плоский конденсатор школьный
Энергия электрического поля внутри конденсатора равняется
Слайд 44Электроемкость, характеризующая способность конденсатора к накоплению заряда равна
где q – заряд
положительной обкладки,
U – напряжение между обкладками.
Если увеличить площадь пластин S, уменьшить расстояние между ними d или ввести между ними диэлектрик (с большей диэлектрической проницаемостью вещества ε), то электроёмкость конденсатора увеличится.
Электроемкость конденсатора не зависит от заряда обкладок.
В СИ электроемкость измеряется в фарадах.
Слайд 45Напряженность поля плоского конденсатора.
Лейденская банка — это первый простейший конденсатор, одно из распространеннейших электротехнических
устройств. Была изобретена в 1745 году
голландским учёным Питером Ван Мушенбруком и его учеником Кюнеусом в Лейдене.
Слайд 46
Лейденская банка — это первый простейший конденсатор, одно из распространеннейших электротехнических устройств. Была изобретена
в 1745 году
голландским учёным Питером Ван Мушенбруком и его учеником Кюнеусом в городе Лейдене.
Слайд 47
Лейденская банка — это первый простейший конденсатор, одно из распространеннейших электротехнических устройств. Была изобретена
в 1745 году голландским учёным Питером Ван Мушенбруком и его учеником Кюнеусом в Лейдене.
Слайд 50Применение конденсаторов
Конденсаторы в клавиатуре компьютера
Интегральные схемы на материнской плате компьютера
Приемник А.С.Попова
Фотовспышки
Осциллограф
двулучевой
Колебательный контур
Слайд 51Е - напряженность поля - В/м = Н/Кл
U - напряжение - В
q
- заряд; следует различать заряд, создающий поле, и пробный заряд - Кл
A – работа - Дж
d - расстояние по силовой линии м
F - кулоновская сила - Н
ε - диэлектрическая проницаемость (см. в таблицах) -
ε0 = 8,85*10-12 Ф/м - абсолютная диэлектрическая проницаемость - Ф/м
r - расстояние от заряда до точки поля - м
σ - поверхностная плотность заряда - Кл/м2