Практическая работа №9. Закон Кулона. Напряженность.

Практическая работа №9. Закон Кулона. Напряженность.

Цель: закрепить знания по теме «Закон Кулона», сформировать умения и навыки  нахождения физической величины, её выражение из формулы.

Теоретические сведения:

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Закон сохранения электрического заряда:

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

q₁ + q₂ + q₃ + ... +q_n = const.

Закон Кулона:

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

Коэффициент k в системе СИ  записывают в виде:

где электрическая постоянная:

В системе СИ элементарный заряд e равен:

e = 1,602177·10^–19 Кл ≈ 1,6·10^–19 Кл

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:

Напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:

Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции.

В соответствии с законом Кулона напряженность электростатического поля, создаваемого точечным зарядом Q на расстоянии r от него, равна по модулю:

При перемещении пробного заряда  в электрическом поле электрические силы совершают работу. Эта работа при малом перемещении  равна:

Работа, совершаемая электростатическим полем при перемещении точечного заряда q из точки (1) в точку (2), равна разности значений потенциальной энергии в этих точках и не зависит от пути перемещения заряда и от выбора точки.

A₁₂ = A₁₀ + A₀₂ = A₁₀ – A₂₀ = W_p1 – W_p2.

Потенциальная энергия заряда q, помещенного в электростатическое поле, пропорциональна величине этого заряда.

Физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют потенциалом φ электрического поля:

 Работа A₁₂ по перемещению электрического заряда q из начальной точки (1) в конечную точку (2) равна произведению заряда на разность потенциалов (φ₁ – φ₂) начальной и конечной точек: 

A₁₂ = W_p1 – W_p2 = qφ₁ – qφ₂ = q(φ₁ – φ₂)

В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В). 

1 В = 1 Дж / 1 Кл

Если пробный заряд  совершил малое перемещение  вдоль силовой линии из точки (1) в точку (2), то можно записать: 

ΔA₁₂ = qEΔl = q(φ₁ – φ₂) = – qΔφ

где Δφ = φ₁ – φ₂ – изменение потенциала. Отсюда следует 

Из принципа суперпозиции напряженностей полей, создаваемых электрическими зарядами, следует принцип суперпозиции для потенциалов: 

φ = φ₁ + φ₂ + φ₃ + ...

Контрольные вопросы:

1.                  Какие два рода знаков заряда существуют? 

2.                  Нарисуйте, как взаимодействуют между собой два отрицательных заряда; два положительных; один положительный заряд и другой отрицательный?

3.                  Как называется сила взаимодействия между двумя заряженными телами? 

4.                  Что означает наэлектризовать тело?

5.                  Какие  способы электризации существуют?

6.                  Как обозначается заряд?

7.                  Что называют электрическим зарядом?

8.                  Кем и когда  был открыт закон взаимодействия неподвижных зарядов?

9.                  Запишите закон Кулона  для точечных заряженных тел.

10.              Продолжите фразу в Международной системе СИ за единицу заряда принят…

11.              Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде…

12.              Сформулируйте понятие напряженности  электрического поля, запишите формулу напряженности.

13.              Сформулируйте принцип суперпозиции полей.  

14.              От чего зависит работа в электростатическом поле.

15.              Дайте определение понятию «разность потенциалов».

Задание 1. Выполните эксперимент  «Изучение качественной зависимости между величинами, входящими в закон Кулона».

Цель: изучить, как зависит сила взаимодействия меду зарядами от величины зарядов и расстояния между ними

Оборудование: две полоски из полиэтилена; две бумажные полоски.

Ход работы:

1.                  Положите на столе две полиэтиленовые плёнки (параллельно друг другу). Проведите по ним один раз рукой. Поднимите плёнки за концы, разведите их и медленно сближая, пронаблюдайте за их взаимодействием. Как и почему взаимодействуют заряженные плёнки

2.                  Повторите опыт с этими же плёнками, натерев их сильнее рукой. Как изменилась сила взаимодействия плёнок?

3.                  Проделайте аналогичные опыты с полиэтиленовой плёнкой и бумажной полосой. Для их электризации положите на бумажную полоску полиэтиленовую плёнку и потрите их рукой (первый раз слегка, а второй – сильнее). Каждый раз разводите полоски и,  медленно поднося, их друг к другу, наблюдайте за их взаимодействием. Как взаимодействуют заряженные полоски?

4.                  На основании двух опытов сделайте вывод о том, как зависит сила взаимодействия между зарядами от величины зарядов и расстояния между ними.

5.                   Запишите закон Кулона, назовите величины,  входящие в закон Кулона, единицы их измерения.

Задание 2. Проделайте эксперимент «Наблюдение экранирующего действия проводника».

Цель: пронаблюдайте влияние проводниковых материалов на электрическое поле заряженных тел.

Оборудование: бумажная стрелка (или из фольги) на острие, линейка измерительная из оргстекла; кусок капроновой ткани или лист полиэтилена; пластинка жестяная.

Ход работы:

1.                  Наэлектризуйте линейку, потерев её о кусок капроновой ткани.

2.                  Поднесите конец заряженной линейки на некоторое расстояние к стрелке  и, перемещая линейку то вправо, то влево, наблюдайте за движением стрелки (рис. 33).

3.                  Расположите металлическую пластинку вертикально между стрелкой и концом заряженной линейки. Затем снова перемещайте конец линейки около стрелки.

4.                  Сделайте вывод:

-                   Влияет ли электрическое поле заряженной линейки на стрелку, если между стрелкой и заряженной линейкой поместить металлическую пластину?

-                   Как можно объяснить наблюдаемое явление?

Задание 3. Решите задачи.

1.                  Как измениться сила взаимодействия между зарядами, если расстояние между зарядами уменьшиться в 3 раза?

2.                  Два шарика, расположенные на расстоянии 10 см друг от друга, имеют одинаковые отрицательные заряды и взаимодействуют с силой 0,23 мН. Найти число избыточных электронов  на каждом шарике.

3.                  В некоторой точке поля на заряд 2 нКл действует сила 0,4мкН. Найти напряжённость поля в этой точке.

4.                  Какая сила действует на заряд 12 нКл, помещённый в точку, в которой напряжённость электрического поля равна 2 кВ/м?

5.                  С каким ускорением движется электрон в поле напряжённостью 10кВ/м?

6.                  Чему равен потенциал поля точечного заряда 20 нКл на расстоянии 5 см от заряда?

7.                  Какую работу осуществляет поле при перемещении заряда 5 нКл из точки с потенциалом 300 В в точку с потенциалом 100 В?

8.                  Какую скорость приобрел электрон, который пролетел ускоряющую разность потенциалов 400 В?

Скачано с www.znanio.ru