1-й семестр

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

1. Электрическое поле

УРОК 2/2

Тема. Электрическое поле. Напряженность электрического поля

Цель урока: сформировать у учащихся представление об электрическом поле и его свойства; дать понятие о напряженности электрического поля.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Электрическое поле

В соответствии с идеями Майкла Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый заряд создает в окружающем пространстве электрическое поле, и взаимодействие зарядов происходит с помощью полей, создаваемых этими зарядами. Взаимодействие, например, двух электрических зарядов q1 и q2 сводится к тому, что поле заряда q1 действует на заряд q2, а поле заряда q2 действует на заряд q1.

Человек не может непосредственно с помощью органов чувств воспринимать электрическое поле, но объективность его существования, материальность доказаны экспериментально.

Поле, как и вещество, является одной из форм существования материи.

Ø Электрическое поле - это форма материи, что существует около заряженных тел и проявляется в действии с некоторой силой на любое заряженное тело, находящееся в этом поле.

Поле, созданное неподвижными в данной системе отсчета зарядами, называется электростатическим.

Необходимо обратить внимание на то, что электрическое поле распространяется в пространстве хотя и с огромной, но конечной скоростью - скоростью света. Благодаря этому свойству взаимодействие между двумя зарядами начинается не мгновенно, а через определенный интервал времени Δt = l/c, где l - расстояние между зарядами, а c - скорость света в вакууме.

2. Напряженность электрического поля

Если поочередно помещать в одну и ту же точку поля небольшие заряженные тела и измерять силы, действующие на них со стороны поля, то окажется, что силы, прямо пропорциональны величинам зарядов. Отношение силы к заряду F/q остается постоянным, не зависит от модуля заряда и характеризует только электрическое поле в той точке, где находится заряд. Эту характеристику называют напряженностью электрического поля.

Ø Напряженность электрического поля - это векторная величина, характеризующая электрическое и равна отношению силы , с которой электрическое поле действует на пробный заряд, помещенный в некоторую точку поля, к значению q этого заряда:

Напряженность поля в СИ выражается: [E] = Н/Кл.

За направление вектора напряженности в некоторой точке электрического поля выбирают направление кулоновского силы, которая действовала бы на пробный положительный заряд, если бы он был помещен в эту точку поля.

3. Напряженность поля точечного заряда

Пусть точечным зарядом Q, расположенным в вакууме, создано электрическое поле. Чтобы найти напряженность этого поля в произвольной точке, поместим в эту точку пробный заряд q. На заряд q, находящийся на расстоянии r от заряда Q, действует сила Поскольку модуль напряженности поля E = F/q, получаем, что модуль напряженности поля точечного заряда

4. Принцип суперпозиции

Зная напряженность поля электрического поля, созданного некоторым зарядом в некоторой точке пространства, несложно определить модуль и направление вектора силы, с которой поле будет действовать на любой заряд q, помещенный в эту точку:

Если поле создано не одним зарядом, а несколькими, то результирующую силу, действующую на пробный заряд со стороны системы зарядов, определяется векторной суммой всех сил, с которыми действовали бы заряды системы отдельно на этот пробный заряд.

Отсюда следует принцип суперпозиции электрических полей:

Ø напряженность электрического поля системы N зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым из них в отдельности:

5. Линии напряженности

Электрическое поле можно изобразить графически, используя так называемые линии напряженности электрического поля (силовые линии) - линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности электрического поля.

Свойства силовых линий: они не пересекаются; не имеют изломов; начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Чтобы охарактеризовать не только направление, но и модуль напряженности поля в разных точках, силовые линии проводят так, что густота силовых линий пропорциональна модулю напряженности.

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Как можно обнаружить электрическое поле в определенной точке?

2. Какие главные признаки и свойства электрического поля?

3. Зависит ли напряженность поля в определенной точке от модуля пробного заряда, помещенного в эту точку поля? от модуля заряда, создающего поле?

4. Что определяет густоту силовых линий?

5. Как определяют направление линий напряженности поля?

Второй уровень

1. Как изменится энергия электрического поля двух разноименных зарядов, если уменьшить расстояние между ними? увеличить расстояние между ними?

2. Могут ли силовые линии пересекаться?

3. Правильным является утверждение: свободные заряженные частицы движутся в электростатическом поле вдоль силовых линий этого поля?

4. По мере удаления от точечного заряда густота линий напряженности уменьшается. Что это означает?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Электрическое поле заряженного шара действует на заряженную пылинку, что находится вблизи него. Действует поле пылинки на шар?

2. Почему стрелка электрометра отклоняется, если к нему поднести заряженный предмет, не касаясь электрометра?

Указание. В результате разделения зарядов происходит под действием электрического поля, стрелка и нижняя часть стержня электрометра приобретают одноименных зарядов.

3. Маленький заряженный шарик вознесли до большого металлического листа. Покажите ориентировочный вид силовых линий электрического поля.

2). Учимся решать задачи

1. В вершинах при острых углах ромба, составленного из двух равносторонних треугольников со сторонами l = 25 см, расположены точечные заряды q1 = q2 = 2,5 · 10-9 Кл. В вершине при одном из тупых углов ромба расположен точечный заряд q3 = -5 · 10-9 Кл. Определите напряженность электрического в четвертой вершине ромба.

Решения. В четвертой вершине ромба каждый из трех зарядов q1, q2 и q3 создает свое поле, напряженности которых равны 1, 2 и 3 соответственно. Согласно принципу суперпозиции результирующая напряженность в точке A равна векторной сумме напряженностей: = 1 + 2 + 3.

Поскольку поле создает система точечных зарядов, то модуль напряженности поля каждого заряда определяют по формуле: Следовательно,

Модуль результирующей напряженности E' полей, созданных зарядами q1 и q2, равна E' = 2E1cos, где = 60°. Тогда модуль напряженности E в четвертой вершине ромба (точке A) равна:

Определим значение искомой величины:

Ответ: напряженность поля в четвертой вершине ромба равен 360 Н/Кл и направлена к заряду q3.

2. На расстоянии r = 2 см от неподвижного точечного заряда в вакууме напряженность электрического поля этого заряда E1 = 900 Н/Кл. Определите напряженность E2 электрического поля этого заряда на расстоянии r1 = 10 см от него.

3. В вертикально напрямленому однородном электрическом поле находится порошина массой 10-9 г и зарядом 3,2 · 10-17 Кл. Какова напряженность поля, если сила тяжести пылинки уравновешена силой электрического поля?

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Электрическое поле - это форма материи, что существует около заряженных тел и проявляется в действии с некоторой силой на любое заряженное тело, находящееся в этом поле.

• Напряженность электрического поля - это векторная величина, характеризующая электрическое поле и равная отношению силы , с которой электрическое поле действует на пробный заряд, помещенный в некоторую точку поля, к значению q этого заряда: = /q.

• Напряженность поля точечного заряда:

• Принцип суперпозиции полей: напряженность электрического поля системы N зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым из них в отдельности: = 1 + 2 +... + N.

• Линии напряженности электрического поля (силовые линии) - линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности электрического поля.

Домашнее задание

1. Подр-1: § 2; подр-2: § 1 (п. 2, 3, 4).

2. Сб.:

Рів1 № 1.18; 1.19; 1.20; 1.24.

Рів2 № 1.45; 1.46; 1.48, 1.51.

Рів3 № 1.58, 1.59; 1.61;1.68.