Тема: Поле заряженной плоскости, сферы и шара.
Цель урока:
Продемонстрировать электрическое поле вне и внутри заряженной сферы. Рассчитать значение напряжённости электрического поля заряженной сферы в различных её точках.
Задачи урока:
1) сформировать умения и навыки практического характера: наблюдение за демонстрационным экспериментом, составление умозаключения в ходе эксперимента, умение качественно описывать эксперимент и решать задачи.
2) развивать познавательный интерес к предмету на основных достижениях науки и техники, а также при наблюдении природных явлениях.
3) воспитывать ответственность за результаты учебного труда, понимание его значимости, соблюдение техники безопасности, санитарно-гигиенических условий труда.
Ход урока.
I. Орг.момент.
II. Актуализация опорных знаний.
Физический диктант.
| № | Вопрос | Ответ |
| Что такое электрическое поле? | Форма существования материи. | |
| Назовите свойства электрического поля? | Поле материально, существует не зависимо от нас, обладает определёнными свойствами, которые позволяют не путать его с чем-либо другим в окружающем мире, создаётся только электрическим зарядом, неразрывно связано с зарядом. | |
| Назовите количественную характеристику электрического поля? | Напряжённость электрического поля. | |
| Как зависит напряжённость электрического поля, созданная точечным зарядом, при удалении от заряда на расстояние? | Напряжённость электрического поля ослабевает с увеличением расстояния. Самое сильное поле у поверхности заряженного тела. | |
| Как обнаружить в пространстве электрическое поле? | Электрическое поле обнаруживается по силам, действующим на заряженное тело. | |
| Дайте определение точечного заряда. | Точечный заряд- заряженное тело, размеры которого много меньше расстояния его возможного действия на другие тела. | |
| Что является источником электростатического поля? | Неподвижный заряд. | |
| Опишите принцип суперпозиции полей. | Напряжённость поля системы зарядов в данной точке равна геометрической(векторной) сумме напряжённостей полей, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности. | |
| Дайте определение линиям напряжённости. | Линии напряжённости-линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора напряжённости электростатического поля в данной точке. | |
| Дайте определение однородного электрического поля. | Электрическое поле, векторы напряжённости которого одинаковы во всех точках пространства, называется однородным. |
III. Объяснение нового материала.
|
|
р Вам известно, что электрическое поле не действует на наши органы чувств, его невозможно увидеть. Но мы можем получить некоторое представление о распределении поля в пространстве. Для этого давайте изобразим векторы напряжённости поля, создаваемого неподвижным зарядом, в нескольких точках пространства.
Впервые этот способ изображения электрических полей в виде воображаемых линий, называемых линиями напряжённости (или силовыми линиями), был предложен в 1845 году Майклом Фарадеем.
Под линиями напряжённости мы с вами будем понимать воображаемые направленные линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают по направлению с напряжённостью электрического поля в той же точке.
|
|
Интересно, но сам Фарадей считал, что силовые линии существуют в действительности и похожи на растянутые упругие нити. Сейчас же мы точно знаем, что они не более реальны, чем земные меридианы и параллели, изображаемые на глобусах.
При построении линий напряжённости необходимо придерживаться следующих правил. Во-первых, касательная к линии напряжённости в каждой точке должна совпадать с направлением вектора напряжённости.
Во-вторых, следует помнить, что линии напряжённости электростатического поля — это незамкнутые линии: они начинаются на поверхности положительных зарядов и оканчиваются на поверхности отрицательных зарядов (или в бесконечности). В-третьих, линии напряжённости не должны пересекаться, так как в каждой точке поля вектор напряжённости имеет лишь одно направление.
И, наконец, чтобы линии напряжённости отображали не только направление, но и модуль напряжённости поля, на рисунках их условились проводить с определённой густотой: их рисуют гуще там, где модуль напряжённости поля больше, и реже — где он меньше.
На рисунке вы видите пример линий напряжённости двух пластин, заряды которых равны по модулю и противоположны по знаку.
Обратите внимание, что в пространстве между пластинами линии напряжённости практически параллельны друг другу (за исключением пространства вблизи краёв пластин и вне области их перекрытия) и находятся на равных расстояниях друг от друга: здесь электростатическое поле одинаково во всех точках. Так вот, если напряжённость поля одинакова во всех его точках, то такое поле называется однородным.
|
|
Теперь давайте посмотрим, как рассчитывается напряжённость электростатического поля, созданного точечным зарядом, модуль которого равен |Q|. Для этого поместим в некоторую точку поля положительный пробный заряд q 0.
Согласно закону Кулона, на пробный заряд со стороны поля будет действовать сила, модуль которой прямо пропорционален произведению модулей обоих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между зарядом, создающим поле, и точкой, в которую помещён пробный заряд:
Далее вспомним, что по определению, модуль напряжённости в данной точке поля равен отношению модуля силы, с которой поле действует на пробный заряд, находящийся в выбранной точке, к величине этого заряда:
Подставим выражение для модуля кулоновской силы в формулу для модуля напряжённости поля:
По полученной формуле мы с вами можем рассчитать напряжённость в любой точке поля, созданного неподвижным точечным зарядом. Если же точечный заряд, создающий поле, находится в какой-либо проводящей среде, то в знаменатель формулы следует добавить множитель значения её диэлектрической проницаемости ε:
По этой же формуле можно рассчитывать напряжённость поля, образованного равномерно заряженным шаром в точках, которые находятся на его поверхности и вне его. Внутри же заряженного шара (или проводящей сферы), как мы увидим дальше, напряжённость поля равна нулю:
А теперь давайте подумаем, как найти напряжённость в некоторой точке поля, если оно создано не одним, а несколькими зарядами.
Очевидно, что если поместить в исследуемую точку такого поля пробный заряд, то на него будут действовать кулоновские силы со стороны каждого из зарядов в отдельности, создающих поле. Из механики мы знаем, что если на тело действует несколько сил, то результирующая сила равна их геометрической сумме. То же самое справедливо и для электрических сил:
Разделим записанное равенство на величину пробного заряда:
И учтём, что отношение силы, действующей на пробный заряд со стороны электрического поля, к величине этого заряда, есть напряжённость:
Последнее равенство выражает принцип суперпозиции полей: напряжённость в любой точке электрического поля системы зарядов равна геометрической сумме напряжённостей полей, создаваемых в этой точке каждым из зарядов в отдельности:
