Урок "Электростатическое поле"

Автор : Шагов Сергей Николаевич, учитель высшей квалификационной категории МОУ «СОШ №5» города Ржева Тверской области имени Воинов 100 и 101 отдельных стрелковых бригад.

10 класс

Тема. Электростатическое поле.

Цель: ввести понятие электростатического поля, сформулировать его основные свойства на качественном и количественном уровнях с помощью силовых линий и вектора напряжённости.

Основные понятия : электростатическое поле, напряжённость электростатического поля, линии напряжённости поля.

УЭ6. ДЗ : §87-92 (физика-10, Г.Я Мякишев и др.); ЗСР к §91 (№1).

Посмотреть видеоролик пройдя по ссылке: https :// www . youtube . com / embed /4 sXQ 8_ JpCTA

УЭ2. Цель : введение понятия электростатического поля.

Учебник: §87-88.

Вопросы для фронтальной беседы :

1.Является ли воздух, находящийся между заряженными телами, непосредственным участником взаимодействия заряженных тел?

2.Нужен ли непосредственный контакт при обнаружении взаимодействия заряженных тел?

3.Зависит ли величина взаимодействия от расстояния между телами? Как зависит?

4.В чём суть действия на расстоянии?

5.В чём суть идеи близкодействия?

6.Кто сыграл важную в роль в развитии теории близкодействия?

7.С какой скоростью распространяется взаимодействие между заряженными телами?

8.Какое понятие было введено для объяснения причины взаимодействия заряженных тел?

УЭ2. Определение электростатического поля : учебник §88.

Особенности/свойства электростатического поля :

А) электростатическое поле реально существует;

Б) электростатическое поле окружает любые заряженные тела или частицы;

В) электростатическое поле действует на любые заряженные тела или частицы (неподвижные и движущиеся);

Г) электростатическое поле ослабевает при удалении от заряженного тела или частицы;

Д) электростатическое поле обнаруживается по действию на заряженные тела или частицы.

УЭ3. Цель: введение понятия напряжённости и силовых линий электростатического поля.

→

r

F

+q

+

→

F

q

→

Е = – напряжённость поля.

0

q

0

Определение : учебник §89.

q – положительный пробный

заряд.

Е ↑↑ F

силовая (векторная ) характеристика электростатического поля.

Имеет точку приложения и числовое значение.

[Е] = – единица измерения в СИ.

0

→

→

[Н]

[Кл]

УЭ3. Примеры на применение формулы для напряжённости электростатического поля .

Пример 1 . В некоторой точке поля на заряд 2 нКл действует сила 0,4 мкН. Найти напряжённость поля в этой точке.

Дано : F = 0,4 мкН = 4∙10 Н

q 0 = 2 нКл = 2∙10 Кл

Найти : Е.

Решение . При решении задачи воспользуемся определением напряжённости электростатического поля:

E = .

Проводим вычисления: Е = 200 Н/Кл. Ответ : 200 Н/Кл.

Пример 2 (самостоятельно в рабочих тетрадях). Какая сила действует на заряд 12 нКл, помещённый в точку, в которой напряжённость электростатического поля равна 2 кН/Кл?

– 7

– 9

F

q

0

УЭ3. Силовые линии электростатического поля .

Определение : учебник §89.

УЭ3. Примеры картин электростатических полей:

УЭ4. Цель: разбор и самостоятельное решение примеров на вычисление напряжённости электростатического поля.

I.Напряжённость электростатического поля точечного заряда :

Е = k , где k = 9∙10 Н∙м / Кл – постоянная Кулона.

Пример 3 .Найти напряжённость электростатического поля заряда

36 нКл в точке, находящегося в вакууме и удалённого от этого заряда на 9 см.

Дано : q = 36 нКл = 3,6∙10 Кл Решение.

r = 9 см = 0,09 м Используем формулу: Е = k .

Найти : Е. Подставляем переведённые значения заряда и расстояния в формулу, получаем: Е = 40 кН/Кл.

Ответ : 40 кН/Кл.

q

9

2

2

2

r

– 8

q

r

2

Пример 4 (выполнить самостоятельно в рабочей тетради). Найти напряжённость электростатического поля заряда 36 нКл в точке, удалённой от заряда на 18 см. Заряд находится в воздухе.

УЭ4.

II.Система точечных зарядов : Е = Е + Е + … + Е . Это есть принцип суперпозиции полей.

Пример 5 . В точке А (смотри рисунок) расположен заряд q 1 = 40 нКл, в точке В – заряд q 2 = 10 нКл. Найти проекцию на ось Х вектора напряжённости результирующего поля в точках С и D, если АС = 6 см, СВ = ВD = 3 см.

х

А С В Д

→

→

→

→

n

2

1

0 q 0 0 q 1 0 q 0 0 X А Е С Е В Д Е Е Находим модули напряжённостей: Е 1 , Е 2 , Е 3 , Е 4 . Для этого используем формулу напряжённости точечного заряда: E = . Е 1 = 100 кН/Кл, Е 2 = 100 кН/Кл, Е 3 = 25 кН/Кл, Е 4 = 100 кН/Кл. Учитывая (по рисунку) знак проекций векторов Е 1 , Е 2 , Е 3 , Е 4 , находим проекцию на ось Х вектора напряжённости результирующего поля в точках С и D: Е хС = Е 1 – Е 2 = 0; Е хD = Е 3 + Е 4 = 125 кН/Кл. Ответ : 0; 125 кН/Кл. → → → → 4 2 3 1 q r 2 → → → → " width="640"

Решение . В точки С и D помещаем положительный пробный заряд и указываем направления векторов напряжённости в этих точках, создаваемых зарядами, расположенными в точках А и В (смотри рисунок ниже). Система находится в воздухе.

q 1 0 q 0 0 q 1 0 q 0 0

X

А Е С Е В Д Е Е

Находим модули напряжённостей: Е 1 , Е 2 , Е 3 , Е 4 . Для этого используем формулу напряжённости точечного заряда: E = .

Е 1 = 100 кН/Кл, Е 2 = 100 кН/Кл, Е 3 = 25 кН/Кл, Е 4 = 100 кН/Кл.

Учитывая (по рисунку) знак проекций векторов Е 1 , Е 2 , Е 3 , Е 4 , находим проекцию на ось Х вектора напряжённости результирующего поля в точках С и D: Е хС = Е 1 – Е 2 = 0; Е хD = Е 3 + Е 4 = 125 кН/Кл.

Ответ : 0; 125 кН/Кл.

→

→

→

→

4

2

3

1

q

r

2

→

→

→

→

Пример 6 (выполнить самостоятельно в рабочей тетради) . В точке А (смотри рисунок) расположен заряд q 1 = 40 нКл, в точке В – заряд q 2 = – 10 нКл. Найти проекцию на ось Х вектора напряжённости результирующего поля в точках С и D, если АС = 6 см, СВ = ВD = 3 см.

х

А С В Д

0 Найти : Е. Е Е Е Заряды расположены в вершинах равнобедренного треугольника. Расставим вектора напряжённости электростатических полей, создаваемые положительными зарядами q 1 и q 2 , в точке нахождения пробного положительного заряда q 0 , и найдём вектор результирующего поля (смотри рисунок) по правилу параллелограмма. – 7 0 → → 2 1 α → " width="640"

Пример 7 .Заряды по 0,1 мкКл расположены на расстоянии 6 см друг от друга. Найти напряжённость поля в точке, удалённой на 5 см от каждого из зарядов. Оба заряда считать положительными и находящимися в воздухе.

– 7

Дано : q 1 = 0,1 мкКл = 10 Кл Решение. q 1 r q 2

q 2 = 0,1 мкКл = 10 Кл α/2

r = 6 см = 0,06 м Сделаем чертёж х

х = 5 см = 0,05 м q 0

Найти : Е. Е Е

Е

Заряды расположены в вершинах равнобедренного треугольника. Расставим вектора напряжённости электростатических полей, создаваемые положительными зарядами q 1 и q 2 , в точке нахождения пробного положительного заряда q 0 , и найдём вектор результирующего поля (смотри рисунок) по правилу параллелограмма.

– 7

0

→

→

2

1

α

→

Так как q 1 = q 2 , то |Е 1 | = |Е 2 |. Для определения модуля вектора результирующего поля воспользуемся теоремой косинусов:

|Е| = √Е + Е – 2Е Е cosα = Е 1 √2(1 – cosα) = 2Е sin .

Для преобразования подкоренного выражения воспользовались формулами тригонометрии. Напряжённость поля, созданного зарядом в точке, удалённой от этого заряда на расстояние х, воспользуемся формулой для напряжённости точечного заряда:

Е = k = 360 кН/Кл.

Воспользуемся теоремой косинусов и найдём: cos = = 0,6. Тогда по основному тригонометрическому тождеству находим:

sin = 0,8. Вычисляем напряжённость поля: |Е| = 576 кН/Кл.

Ответ : 576 кН/Кл.

α

2

2

2

1

1

2

1

2

q

x

2

1

α

r

2

2x

α

2

УЭ5. Итоги урока (фронтальная беседа по вопросам):

1.Причина взаимодействия заряженных тел или частиц?

2.Перечислить особенности/свойства электростатического поля.

3.Как называется количественная силовая характеристика электростатического поля? Что можно сказать о ней?

4.Что такое положительный пробный заряд?

5.Что такое линии напряжённости? Перечислить их особенности/свойства.

6.Как найти напряжённость электростатического поля точечного заряда?

7.Как найти напряжённость системы точечных зарядов?