Практическое занятие № 3. «Основные задачи электростатики»

 

Цель: Формирование умений применять, полученные знания на практике

 

Электростатика – раздел электродинамики, изучающий покоящиеся электрически заряженные тела.

Существует два вида электрических зарядов: положительные (стекло о шелк) и отрицательные (эбонит о шерсть)

Разноименные  заряды отталкиваются, а  одноименные заряды  притягиваются.    

 

Элементарный заряд – минимальный заряд (е = 1,6∙10-19 Кл)

Заряд любого тела кратен целому числу элементарных зарядов:     q = N∙е

 

Электризация тел – перераспределение заряда между телами.

 

Способы электризации: трение,  касание, влияние.

 

Закон сохранения электрического заряда – в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.  

q1+ q2 + q2 = q1/+ q2/+ q3/

 

Закон Кулона

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.           

 

Электрическое поле – вид материи, осуществляющий взаимодействие между электрическими зарядами, возникает вокруг зарядов, действует только на заряды.              

 

             

 Характеристики электрического поля:

- силовая (напряженность )

- энергетическая  (потенциал φ)

 

Напряжённость - векторная физическая величина, равная отношению силы F, с которой электрическое поле действует на пробный точечный заряд q, к значению этого заряда.     , 

[E]= Н/Кл = В/м  

Направление вектора напряженности
совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд.

Потенциал электростатического поля -  отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду

 ,

[φ] = Дж/Кл = 1 В                          

 φ - скалярная величина, определяющая потенциальную энергию заряда в любой точке эл. поля.

Еn= qЕd ; φ = Еd      

Еn; φ – зависят от выбора нулевого уровня

 

Принцип суперпозиции полей

 

Если в данной точке пространства различные заряды создают электрические поля напряженности, которых и т.д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна векторной сумме напряжённостей отдельных полей          

Если в данной точке пространства различные заряды создают электрические поля потенциалы, которых φ1, φ2, φ3 и т.д., то результирующий потенциал в этой точке равен алгебраической сумме потенциалов всех полей.

φ = φ1 + φ2 + φ3 + …

(знак потенциала определяется знаком заряда:

q > 0,  φ > 0; q < 0,  φ < 0)

 

 

Потенциал поля точечного заряда:

 

 

Разность потенциалов или напряжение (Δφ или U) - это разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории заряда      

     Δφ = φ1 – φ2,       

 

Работа электростатического поля по перемещению заряда:  А = q(φ1 – φ2)= q∙∆ φ = qU

 

Электроемкость С - характеризует способность проводника  накапливать электрический заряд на своей поверхности.

- не зависит от электрического заряда и напряжения.

- зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного

расположения, электрических свойств среды между проводниками.        [C] = Ф (Фарад)                     

 

Конденсатор - электротехническое устройство, служащее для быстрого накопления электрического заряда и быстрой отдачи его в цепь (два проводника, разделенных слоем диэлектрика.

Электроемкость плоского конденсатора определяется формулой  

 

Параллельное соединение конденсаторов

   

 

Последовательное соединение конденсаторов

    

 

Энергия заряженного конденсатора          

 

Задачи:

1(А) При трении пластмассовой линейки о шерсть, шерсть заряжается положительно. Это объясняется тем, что …

1) электроны переходят с линейки на шерсть

2) протоны переходят с линейки на шерсть

3) электроны переходят с шерсти на линейку

4) протоны переходят с шерсти на линейку

 

2(А) Незаряженная цинковая пластина при освещении потеряла четыре электрона. Каким стал заряд пластины?

1) + 4 Кл                    3) + 6,4∙10-19 Кл      2) – 4 Кл             4) − 6,4∙10-19 Кл  

 

3(А) От капли, имеющей электрический заряд + 2 е, отделилась капля с зарядом + е. Модуль заряда оставшейся части капли …

1) увеличился          2) уменьшился           3) не изменился

4) мог увеличиться или уменьшиться  в зависимости от размера отделившейся капли.

Указание: применить закон сохранения электрического заряда.

 

4(А) Сила кулоновского взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов …

1) прямо пропорциональна расстоянию между ними.

2) обратно пропорциональна расстоянию между ними.

3) прямо пропорциональна квадрату расстояния межу ними.

4) обратно пропорциональна квадрату расстояния межу ними.

 

5(А) Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных электрических зарядов, если расстояние между ними уменьшить в n раз?

1) увеличится в n раз              2) уменьшится в n раз

3) увеличится в n2 раз             4) уменьшится в n2 раз

Указание: применить закона Кулона.

 

6(А) С какой силой взаимодействуют два маленьких заряженных шарика, находящиеся в вакууме на расстоянии 9 см друг от друга? Заряд каждого шарика равен 3∙10-6 Кл.

1) 0,09 Н                    3) 10 Н                 2) 1 Н                               4) 3,3∙106 Н

Указание: применить закона Кулона.

 

7(А) Силовая линия электрического поля – это …

1) линия, вдоль которой в поле будет двигаться положительный заряд.

2) линия, вдоль которой будет двигаться отрицательный заряд.

3) светящаяся линия в воздухе, которая видна при большой напряженности поля.

4) линия, в каждой точке которой напряженность поля направлена по касательной.

 

8(А) Как изменится модуль напряженности электрического поля, созданного  точечным зарядом, при увеличении расстояния от этого заряда до  точки в три раза?

1) увеличится в 3 раза                     2) уменьшится в 3 раза

3) увеличится в 9 раз                       4) уменьшится в 9 раз

Указание: применить формулу напряженности поля точечного заряда.

 

9(А) В однородном электростатическом поле заряд перемещается по прямой АВС  (АВ = ВС). Работа, совершенная полем на участке АВ равна 100 Дж. Работа на участке ВС:       1) 0               2) 100 Дж             3) 200 Дж

4) зависит от взаимного расположения прямой АВС и линий напряженности поля.

 

10(А) Как изменится абсолютная величина работы электрического поля по перемещению электрона из одной точки поля в другую при увеличении разности потенциалов между точками в три раза?

1) уменьшится в 9 раз               2) уменьшится в 3 раза

3) увеличится в 3 раза               4) не изменится

Указание: применить формулу разности потенциалов.

 

11(А) Если разность потенциалов между пластинами конденсатора увеличить в три раза, то его электроемкость …

1) увеличится в 3 раза                        2) уменьшится в 3 раза

3) не изменится                                   4) уменьшится в 9 раз

 

12(А) Емкость конденсатора – это…

1) объём пространства между пластинами

2) суммарный объём его пластин

3) отношение суммарного заряда на пластинах к разности потенциалов между пластинами

4) отношение модуля заряда на одной пластине к разности потенциалов между пластинами

 

13(А) Плоский воздушный конденсатор зарядили и отключили от источника тока. Как изменится энергия электрического поля внутри конденсатора, если расстояние между пластинами конденсатора уменьшить в 3 раза?

1)  увеличится в 3 раза                      2) уменьшится в 3 раза

3) увеличится в 9 раз                         4) уменьшится в 9 раз

 Указание: применить формулу энергии электрического поля конденсатора.

 

14(В) Между горизонтальными пластинами заряженного конденсатора напряженность которого 49 Н/м находится в равновесии пылинка имеющая заряд 2∙10-8 Кл. Какова ее масса?

 

Критерии оценки:

Выполнено верно

оценка

А: 9 задач  В: 1 задача

Представлено решение

5

А: 13-12 задач   

Представлено решение

4

А: 11-8 задач

Представлено решение

3

 

Решено менее 7 задач

2

 

Домашнее задание:

1. Два одинаковых проводящих шарика с зарядами -1,5·10-5 Кл и 2,5·10-5 Кл вследствие притяжения прикоснулись и снова разошлись на 5 см. Определить заряд каждого шарика после соприкосновения и силу электрического взаимодействия.

2. Поле образовании точечным зарядом 1.6·10-8. Определить напряженность в точке, удаленной от заряда на 6 см. С какой силой будет действовать поле в этой точке на заряд 1.9·10-9Кл?

3. Заряд 4,6·10-6 перемещается в поле между точками с разностью потенциалов 200 В. Какая работа при этом совершается полем?

4. Заряды по 0,1 мкКл расположены на расстоянии 6    см друг от друга. Найти напряженность поля в точке, удаленной на 5 см от каждого из зарядов. Решить эту задачу для случаев: а) оба заряда положительные; 6) один заряд положительный, а другой отрицательный.

5. Два конденсатора емкости которых 4мкФ 1 мкФ, соединены последовательно и подключены к источнику постоянного напряжения 220В. Определить общую электроемкость, как распределится напряжение между концами.

6. Конденсатор неизвестной емкости, заряженный до напряжения 1000В, соединили последовательно с другим конденсатором емкостью 2 мкФ   напряжением на обкладках 400В. Какова емкость первого конденсатора, если после соединения установилось напряжение 570В? Определить общий заряд.