Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Електричне поле. Напруженість електричного поля

Електричне поле. Напруженість електричного поля




Сторінка1/16
Дата конвертації28.04.2017
Розмір2.49 Mb.
ТипУрок
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16



ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ ТА СТРУМ

уроку: 1/1 Дата:



Тема уроку: Електричне поле. Напруженість електричного поля.

Мета уроку: ознайомити учнів з електричними взаємодіями; роз'яснити їм фізичний зміст закону збереження заряду й закону Кулона;
Напру́женість електри́чного по́ля - це векторна фізична величина, яка виражає відношення сили, яка діє у даній точці простору у даний момент часу, на пробний одиничний електричний заряд у електричному полі.
Зако́н збере́ження електри́чного заря́ду - один із фундаментальних законів фізики. Він полягає в тому, що повний заряд (алгебраїчна сума зарядів) ізольованої замкнутої фізичної системи тіл залишається незмінним при будь-яких процесах, які відбуваються всередині цієї системи.
сформувати уявлення учнів про електричне поле і його властивості; дати поняття про напруженість електричного поля.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ



Демонстрації


5 хв

1. Виявлення електричного поля зарядженої кулі за допомогою зарядженої гільзи.

2. Відхилення стрілки електрометра, поміщеного в електричне поле заряду.

3. Досліди із султанами, установленими на ізолюючих штативах.

4. Взаємодія наелектризованих тіл.

5. Закон Кулона

Вивчення нового

матеріалу


30 хв

1. Електричні взаємодії.

2. Закон збереження електричного заряду.

3. Закон Кулона

4. Електричне поле.

5. Напруженість електричного поля.

6. Напруженість поля точкового заряду

7. Принцип суперпозиції.

8. Лінії напруженості.



Закріплення

вивченого

матеріалу

10 хв

Якісні питання.

Навчаємося розв'язувати задачі



ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Електричні взаємодії

У XVII столітті німецький учений Отто фон Герике виявив, що електрична взаємодія може бути не тільки притягуванням, але й відштовхуванням. На початку XVIII століття французький учений Шарль Дюфе пояснив притягування й відштовхування наелектризованих тіл існуванням двох типів електричних зарядів:



якщо тіла мають електричні заряди того самого типу, вони відштовхуються, а якщо різних типів, то притягаються.

Тіла, що мають здатність до електричних взаємодій, називають наелектризованими. Якщо тіло наелектризоване, говорять, що воно має електричний заряд.



Електричний заряд — це фізична величина, що характеризує інтенсивність електромагнітних взаємодій тіл або частинок.
Електри́чний заря́д - фізична величина, яка є кількісною мірою властивості фізичних тіл або частинок речовини, що вступають в електромагнітну взаємодію. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами q або великою буквою Q .
Фізи́чна величи́на - властивість, спільна в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів (фізичних систем, їхніх станів і процесів, що в них відбуваються) та індивідуальна в кількісному відношенні для кожного з них.


2. Закон збереження електричного заряду

Під час електризації тіло, що втратило частину своїх електронів, заряджається позитивно, а тіло, що набуло зайвих електронів, — негативно. Загальна ж кількість електронів у цих тілах залишається незмінною.

Під час електризації тіл виконується дуже важливий закон — закон збереження заряду: в електрична ізольованій системі тіл алгебраїчна сума зарядів всіх

тіл залишається незмінною.

3. Закон Кулона

Французький учений Шарль Кулон досліджував, як залежить сила взаємодії між зарядженими тілами від значень зарядів тіл і від відстані між ними.

Закон Кулона - один з основних законів електростатики, який визначає величину та напрямок сили взаємодії між двома нерухомими точковими зарядами. Експериментально з задовільною точністю закон вперше встановив Генрі Кавендіш у 1773.
У своїх дослідах Кулон не враховував розміри тіл, що взаємодіють.

Заряд, поміщений на тілі, розміри якого малі порівняно з відстанями до інших тіл, із якими воно взаємодіє, називають точковим зарядом.

Закон Кулона, відкритий 1785 p., кількісно описує взаємодію заряджених тіл. Він є фундаментальним законом, тобто установлений за допомогою експерименту й не випливає ні з якого іншого закону природи.

^ Нерухомі точкові заряди ql й q2 взаємодіють у вакуумі із силою F, прямо пропорційною модулям зарядів і обернено пропорційною квадрату відстані між зарядами:

Значення коефіцієнта пропорційності k залежить від вибору системи одиниць.

Одиниця електричного заряду в СІ названа на честь Кулона — це 1 кулон (Кл).

Коефіцієнт пропорційності k в законі Кулона чисельно дорівнює k = 9·109 Н·м2/Кл2. Фізичний зміст цього коефіцієнта полягає ось у чому: два точкові заряди по 1 Кл кожний, що перебувають на відстані 1 м один від одного, взаємодіють із силою, що дорівнює 9·109 Н.


4. Електричне поле

В основі всіх фізичних явищ лежить взаємодія між тілами або частинками, що беруть участь у цих явищах.

Фі́зика (від грец. φυσικός природний, φύσις природа) - природнича наука, яка досліджує загальні властивості матерії та явищ у ній, а також виявляє загальні закони, які керують цими явищами; це наука про закономірності Природи в широкому сенсі цього слова.

Відповідно до припущення англійського вченого М. Фарадея навколо заряджених тіл існує середовище, за допомогою якого й здійснюється електрична взаємодія. Простір, що оточує один заряд, впливає на простір, що оточує інший заряд, і навпаки. Посередником у цій взаємодії і є електричне поле:

^ кожне заряджене тіло створює електричне поле, що діє на інші заряджені тіла.

До Фарадея вважали, що матерія існує тільки у формі речовини, а взаємодія між тілами, що складаються із цієї речовини, відбувається тільки під час безпосереднього контакту або через простір без якого-небудь «посередника» (наприклад, за допомогою сил тяжіння). Фарадей же припустив, що існує інша форма матерії — поле, причому поле є посередником під час взаємодії тіл. Таким чином,

^ електричне поле це форма матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між електрична зарядженими тілами.

Головна властивість електричного поля полягає в його здатності діяти на електричні заряди із певною силою.

Чим більший електричний заряд тіла, тим сильніше електричне поле створює навколо себе це тіло. Здатність електричного поля діяти на заряд дозволяє ввести кількісну характеристику електричного поля.



5. Напруженість електричного поля

Якщо по черзі поміщати в ту саму точку поля невеликі заряджені тіла й вимірювати сили, що діють на них з боку поля, то виявиться, що сили прямо пропорційні величинам зарядів.

^ Відношення сили F, що діє з боку електричного поля на точковий пробний заряд q, поміщений у цю точку поля, до цього заряду називається напруженістю електричного поля в цій точці:

Напруженість поля в одиницях СІ виражають: [Е] = Н/Кл .

Щоб повністю охарактеризувати електричне поле, треба задати його напруженість у кожній точці простору. Тоді силу Flt що діє на довільний заряд qlt який перебуває в цій точці, можна знайти за

формулою f = q·E, де E — напруженість поля в цій точці.



6. Напруженість поля точкового заряду

Модуль напруженості поля в цій точці знайдемо за допомогою закону Кулона:



E = F /q.
7. Принцип суперпозиції

Дослід показує, що якщо пробний заряд перебуває в полі, створеному декількома зарядами, то кожний з них діє на пробний заряд незалежно від інших. У цьому полягає принцип суперпозиції полів:

^ напруженість електричного поля системи N зарядів дорівнює векторній сумі напруженостей полів, створюваних кожним з них окремо:
8. Лінії напруженості

Електричне поле не діє на органи почуттів. Його ми не бачимо й не відчуваємо. Проте розподіл поля в просторі можна зробити видимим. Для цього уведемо своєрідну графічну модель електричного поля — лінії напруженості.

Графі́чна моде́ль, або імові́рнісна графі́чна моде́ль (ІГМ, англ. probabilistic graphical model, PGM) - це ймовірнісна модель, для якої умовні залежності[en] між випадковими змінними виражено графом. Вони поширені в теорії ймовірностей, статистиці, - зокрема, баєсовій, - та в машинному навчанні.

^ Уявні лінії, дотичні до яких у кожній точці збігаються з напрямком напруженості електричного поля, називаються силовими лініями, або лініями напруженості електричного поля.

Щоб охарактеризувати не тільки напрямок, але й модуль напруженості поля в різних точках, силові лінії проводять так, що густота силових ліній пропорційна до модуля напруженості.

Магні́тне по́ле - складова електромагнітного поля, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.
У такому випадку силові лінії є безперервними, отже, починаються на позитивних зарядах і закінчуються на негативних зарядах.



Силові лінії електричного поля не перетинаються (якби вони перетиналися, то в точці їх перетину напрямок напруженості поля не був би визначений).

За напрямок напруженості поля приймають напрямок сили, що діє на позитивний заряд.

Варто звернути увагу учнів на те, що лінії напруженості лише допомагають наочно уявити розподіл поля в просторі і є не більш реальними, ніж меридіани й паралелі на земній кулі.
ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень


  1. Як можна визначити, чи заряджені тіла?

  2. У яких випадках заряджені тіла притягуються, а в яких — відштовхуються?

  3. За яких умовах виконується закон збереження електричного заряду?

  4. Від чого залежить електрична сила взаємодії заряджених тіл?

  5. У чому подібність і розбіжності закону всесвітнього тяжіння й закону Кулона?
    Закон всесвітнього тяжіння - фізичний закон, що описує гравітаційну взаємодію в рамках Ньютонівської механіки. Закон стверджує, що сила притягання між двома тілами (матеріальними точками) прямо пропорційна добутку їхніх мас, і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.


  6. Чим відрізняється простір, що оточує заряджене тіло, від простору, що оточує незаряджене тіло?

  7. Які головні ознака й властивість електричного поля?

  8. Як можна виявити електричне поле в певній точці?

  9. Чим визначається густота силових ліній?

  10. Як визначається напрямок ліній напруженості поля?

Другий рівень

  1. Чому притягання шматочків паперу натертим гребінцем не можна пояснити дією сил тяжіння, пружності й ваги?

  2. Чи залежить сила електричної взаємодії від відстані між зарядженими тілами? Підтвердьте вашу відповідь прикладом.

  3. За допомогою якого досліду можна проілюструвати закон збереження електричного заряду?

  4. Як зміниться сила кулонівської взаємодії двох точкових зарядів у разі збільшення кожного заряду в 3 рази, якщо відстань між ними зменшити у 2 рази?

  5. Як зміниться енергія електричного поля двох різнойменних зарядів, якщо зменшити відстань між ними? збільшити відстань між ними?

  6. Чи можуть силові лінії перетинатися?

  7. Чи справедливим є твердження, що вільні заряджені частинки рухаються в електростатичному полі уздовж силових ліній цього поля?
    Електростатичне поле - поле, створене нерухомими в просторі і незмінними в часі електричними зарядами (при відсутності електричних струмів). Електричне поле є особливим видом матерії, пов'язаний з електричними зарядами і передаючий дії зарядів один на одного.
    Заряджена частинка - частинка, яка має електричний заряд. Зарядженими можуть бути як елементарні частинки, так і атоми, молекули і багатоатомні комплекси (кластери, пилинки, краплі). Заряд завжди кратний елементарному заряду.


  8. За рахунок якої енергії відбувається поділ електричних зарядів у процесі електростатичної індукції?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Якісні питання

  1. Як взаємодіють між собою:

а) дві ебонітові палички, натерті хутром;

б) ебонітова паличка, натерта хутром, і скляна паличка, натерта шовком?



  1. Чи можна наелектризувати ебонітову паличку тертям об ебонітову пластинку?

  2. Дві однакові металеві кульки заряджені рівними за модулем, але різнойменними зарядами. Після доторкання кульок їх повернули в первинне положення. У скільки разів змінилася сила взаємодії?

  3. Дві однакові металеві кульки із зарядами q й 3q розташовані на відстані, яка набагато перевищує радіуси кульок. Після доторкання кульок їх повернули в первісне положення. У скільки разів змінилася сила електричної взаємодії між кульками?

  4. Чи передається дія заряджених тіл одне на одного в безповітряному просторі?

  5. Електричне поле зарядженої кулі діє на заряджену порошину, що перебуває поблизу його. Чи діє поле порошини на кулю?

  6. У міру видалення від точкового заряду густота ліній напруженості зменшується. Що це означає?

2. Навчаємося розв'язувати задачі

1. Чому електричне відштовхування виявили майже через дві тисячі років після того, як було виявлене притягання?


Розв'язання

Два тіла зазнають електричного притягання, якщо заряджене тільки одне з тіл, причому зарядом будь-якого знака. А електричне відштовхування проявляє себе тільки тоді, коли заряджені обидва тіла, причому обов'язково однойменне. Коли з першої крапельки мільярд електронів перемістили на


другу, між ними виникла сила електричної взаємодії. Скільки ще електронів необхідно перемістити з першої крапельки на другу, щоб ця сила збільшилася в 4 рази?

2. На якій відстані перебувають один від одного точкові заряди 4 і 6 нКл, якщо сила їхньої взаємодії дорівнює 6 мН?

3. Скільки електронів треба «перенести» з однієї порошини на іншу, щоб сила кулонівського притягання між порошинами на відстані 1 см дорівнювала 10 мкН? (Відповідь: 2,1·109)

Домашнє завдання: Підр.:§1, §2. підготуватися до сам. р. № 1.

Зб.: Рів1 №1.8; 1.9; 1.10; 1.11. Рів2№ 1.31; 1.32; 1.34, 1.35. Рів3 № 1.54, 1.55; 1.56;1.57.

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.

уроку: 2/2 Дата:



Тема уроку: Речовина в електричному полі. (Вплив електричного поля на живі організми.)

Мета уроку: сформувати уявлення учнів про речовину в електричному полі. Ознайомити учнів з впливом електричного поля на живі організми.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ



Демонстрації


5 хв

1. Відхилення стрілки електрометра, поміщеного в електричне поле заряду.

2. Досліди із султанами, установленими на ізолюючих штативах. 3. Взаємодія наелектризованих тіл.

Вивчення нового

матеріалу

20 хв

1. Принцип суперпозиції.

2. Речовина в електричному полі



Закріплення

вивченого матеріалу

20 хв

1. Якісні питання.

2. Навчаємося розв'язувати задачі.



ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Принцип суперпозиції

Дослід показує, що якщо пробний заряд перебуває в полі, створеному декількома зарядами, то кожний з них діє на пробний заряд незалежно від інших. У цьому полягає принцип суперпозиції полів:

^ напруженість електричного поля системи N зарядів дорівнює векторній сумі напруженостей полів, створюваних кожним з них окремо:

2. Речовина в електричному полі

У деяких речовинах є заряджені частинки, які можуть вільно переміщатися в речовині. Такі частинки називають вільними зарядами, а речовини, що містять вільні заряди, називають провідниками.

Як тільки провідник потрапляє в електричне поле, то під впливом сил, що діють на вільні електрони з боку цього поля, вони починають рухатися упорядковано в напрямку, протилежному до напруженості поля.

Вільні частинки - термін, який уживається в фізиці для позначення частинок, які не взаємодіють з іншими тілами, а, отже мають тільки кінетичну енергію.
Цей процес перерозподілу зарядів у провіднику протікає майже миттєво. При цьому одна сторона провідника заряджається негативно (надлишок електронів), а інша — позитивно (нестача електронів). Ці заряди створюють поле, напруженість якого протилежна до напруженості зовнішнього поля.

Це поле збільшується за напруженістю доти, доки його не компенсує зовнішнє поле, і, отже, напруженість сумарного поля усередині об'єму провідника не дорівнюватиме нулю. Подальше збільшення заряду на кінцях провідника теж припиняється. Це явище дістало назву електростатичної індукції.



ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

  1. Чим відрізняється простір, що оточує заряджене тіло, від простору, що оточує незаряджене тіло?

  2. Які головні ознака й властивість електричного поля?

  3. Як визначається напрямок ліній напруженості поля?

  4. Як можна захистити людей від шкідливого впливу зовнішніх електричних полів?

Другий рівень

  1. За рахунок якої енергії відбувається поділ електричних зарядів у процесі електростатичної індукції?

  2. Чому діелектрик послаблює електростатичне поле?

  3. Чому діелектрична проникність різних речовин має різні значення?
    Діелектр́ична прон́икність (діелектрична стала) середовища ε - безрозмірна величина, що характеризує ізоляційні властивості середовища. Вона показує, у скільки разів взаємодія між зарядами в однорідному середовищі менша, ніж у вакуумі.


ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Якісні питання

1. Як взаємодіють між собою: а) дві ебонітові палички, натерті хутром;

б) ебонітова паличка, натерта хутром, і скляна паличка, натерта шовком?

2. Чи можна наелектризувати ебонітову паличку тертям об ебонітову пластинку?

3. Дві однакові металеві кульки заряджені рівними за модулем, але різнойменними зарядами. Після доторкання кульок їх повернули в первинне положення. У скільки разів змінилася сила взаємодії?

4. У міру видалення від точкового заряду густота ліній напруженості зменшується. Що це означає?



2. Навчаємося розв'язувати задачі

1. Коли з першої крапельки мільярд електронів перемістили на другу, між ними виникла сила електричної взаємодії. Скільки ще електронів необхідно перемістити з першої крапельки на другу, щоб ця сила збільшилася в 4 рази?

2. На якій відстані перебувають один від одного точкові заряди 4 і 6 нКл, якщо сила їхньої взаємодії дорівнює 6 мН?

3. Скільки електронів треба «перенести» з однієї порошини на іншу, щоб сила кулонівського притягання між порошинами на відстані 1 см дорівнювала 10 мкН? (Відповідь: 2,1·109)

4. Заряди двох однакових маленьких металевих кульок дорівнюють q1 = -2 нКл й q2 = 10 нКл. Після доторкання кульок їх розвели на попередню відстань. У скільки разів змінився модуль сили взаємодії між ними? Відповідь: зменшився в 1,25 раза.

5. На шовковій нитці висять дві заряджені кульки масою 20 мг кожна (див. рисунок). Модулі зарядів кульок 1,2 нКл. Відстань між кульками 1 см. Чому дорівнює сила натягу нитки в точках А і В 1 Розгляньте випадки однойменних і різнойменних зарядів. (Відповідь: сила натягу нитки в точці А дорівнює 0,39 мН; у точці В для однойменних зарядів 0,33 мН, а для різнойменних — 66 мкН.)

6. На гладкому дерев'яному столі розміщено дві заряджених кулі. У початковий момент кулі перебувають у спокої. Як буде змінюватися енергія електричного поля, створюваного зарядами куль, якщо відпустити кулі? Чи залежить відповідь від того, заряди одного знака чи протилежних мають кулі?

Розв'язання Під дією електричних сил обидві кулі почнуть рухатися, тобто їхня кінетична енергія почне збільшуватися.

Кінети́чна ене́ргія - частина енергії фізичної системи, яку вона має завдяки руху.
Отже, відповідно до закону збереження енергії буде зменшуватися енергія електричного поля, створюваного кулями.
Енергоконсервація (або більш прийняте в Україні поняття - Енергозбереження) стосується зменшення споживання енергії за рахунок використання меншої кількості енергетичних послуг. Енергозбереження відрізняється від енергоефективності, яке стосується використання меншої кількості енергії за тої самої послуги.
Це відбуватиметься як у тому випадку, коли кулі заряджені однойменно — тоді вони почнуть віддалятися одна від одної внаслідок відштовхування, так і в тому випадку, коли кулі заряджені різнойменне — тоді вони будуть наближатися одна до одної внаслідок притягання.

Відповідь: енергія електричного поля в кожному разі буде зменшуватися.

7. Чому стрілка електрометра відхиляється, якщо до нього піднести заряджений предмет, не торкаючись електрометра?



Вказівка. У результаті поділу зарядів, що відбувається під дією електричного поля, стрілка й нижня частина стрижня електрометра набувають однойменних зарядів.

8. Маленьку заряджену кульку піднесли до великого металевого листа. Покажіть орієнтовний вид силових ліній електричного поля.

9. Два позитивних заряди 0,2 і 1,8 мкКл закріплені на відстані 60 см один від одного. Де потрібно розмістити третій заряд, щоб кулонівські сили, які діють на нього, компенсували одна одну?(Відповідь:на відст.15см від меншого зар. й 45см- від більшого.)

Домашнє завдання: Підр.:§1, §2 Зб.:Рів1 №1.8; 1.10; 1.18; 1.24. Рів2№ 1.31; 1.35; 1.46; 1.48, 1.51. Рів3 № 1.54; 1.56; 1.57; 1.61; 1.68. 3.Д: підготуватися до самостійної роботи.

уроку: 3/3 Дата:



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16



  • ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ ТА СТРУМ № уроку: 1/1 Дата: Тема уроку
  • ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ 1. Електричні взаємодії
  • Електричний заряд — це фізична величина
  • 2. Закон збереження електричного заряду
  • 4. Електричне поле
  • 5. Напруженість електричного поля
  • 6. Напруженість поля точкового заряду
  • ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ Перший рівень
  • ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ 1. Якісні питання
  • 2. Навчаємося розвязувати задачі
  • ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ 1. Принцип суперпозиції
  • 2. Речовина в електричному полі