Напруженість і потенціал електричного поля

НАПРУЖЕНІСТЬ І ПОТЕНЦІАЛ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ.                                                                                                                                                                    

                                         ЗМІСТ І ХІД ЗАНЯТТЯ

1. Організаційна частина:

-                     відмітка в журналі відсутніх;

-                     перевірка готовності до заняття студентів, аудиторії, обладнання;

-                     перевірка виконання домашнього завдання з черговими (консультантами);

2. Актуалізація опорних знань (через фронтальне опитування).

     Що називають електричним зарядом?

     Як взаємодіють заряди?

     Які роди зарядів вам відомі?

3. Викладання нового матеріалу.

   3.1. Тема заняття: «Напруженість і потенціал електричного поля»

   3.2. Мотивація вивчення теми.

      Закон взаємодії нерухомих електричних зарядів було встановлено експериментально. Але як передається ця взаємодія? Це питання довгий час залишалось нерозв’язаним.  В основі всіх фізичних явищ лежить взаємодія між тілами або частинками, що беруть участь у цих явищах. Механічна дія тіл одне на одне відбувається в разі або безпосереднього зіткнення тіл, або за наявності між ними будь-якого матеріального посередника. Заряджені тіла також діють одне на одне, хоча, на перший погляд, між зарядами немає ніякого посередника. Як передається ця взаємодія, ми і спробуємо з’ясувати.

    3.2.1. Мета: розкрити матеріальний характер електричного поля;

                         поглибити знання про електричне поле; ввести напруженість

                         як характеристику електричного поля, поняття силових

                         ліній електричних полів; пояснити принцип суперпозиції

                         полів; навчити студентів розраховувати напруженість поля

                         точкових зарядів; навчити студентів пояснювати природні

                         явища на основі набутих знань; формувати навички

                         розв’язування задач.                                

3.2.2. Задачі: студенти

• знають властивості електричного поля;
• знають принцип суперпозиції;
• розуміють сутність силової характеристики електричного поля;
• вміють зображувати електричне поле за допомогою силових ліній;
• вміють класифікувати електричні поля на однорідні та неоднорідні;
• володіють експериментальними методами дослідження електричної взаємодії;
• здатні розв’язувати фізичні задачі на обчислення напруженості електричного поля, взаємодію електричних зарядів.

3.3. План вивчення нового матеріалу.

       1. Близькодія та дія на відстані.

       2. Електричне поле.

       3. Напруженість електричного поля.

 

 

4. Виклад нового матеріалу.

   Близькодія - дія від одного тіла до іншого передається з кінцевою швидкістю від точки до точки через середовище.

   Електричне поле - це вид матерії, що виникає навколо заряджених частинок або тіл та проявляється в дії на ці заряди.

 

 

                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Закріплення нового матеріалу:

1. Відповісти на питання:

• Як обчислити напруженість поля точкового заряду?
• У чому полягає принцип суперпозиції полів?
• Намалюйте електричні поля точкових позитивного, негативного, однойменних, різнойменних зарядів, двох паралельних пластин, які мають різнойменні заряди.
• Чи можуть силові лінії перетинатись?

2.  Розв’язування задач.

• Електричне поле створено точковим зарядом 1,6 • Кл. на якій відстані від заряду напруженість електричного поля становить

58 кВ ⁄ м?

• З яким прискоренням рухається протон в електричному полі з напруженістю 40 кН ⁄ Кл?
• Заряд 2 нКл знаходиться в електричному полі з напруженістю 2 кН ⁄ Кл. З якою силою поле діє на заряд?
• Який заряд повинна мати частинка масою 0,1 мг, щоб вона «висіла» у напрямленому вгору електростатичному полі напруженістю

1 кН ⁄ Кл ?

      Рух електричних зарядів відбувається під дією електростатичного поля. Для цього необхідна енергія. Тому електричне поле має енергетичну характеристику. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Робота є міра зміни енергії. В електростатичному полі вона не залежить від форми шляху, залежить від положення точок у просторі, між якими відбувається перемішення заряду. Робота на замкненій траєкторії в електростатичному полі дорівнюється нулю.

                                         A = Eqd .

Максимальною робота буде в тому випадку, коли заряд переміщується вздовж силових ліній. При переміщенні перпендикулярно до силових ліній робота сил електростатичного поля дорівнюється нулю.

   Роботу потенціального поля можна виразити через зміну потенціальної енергії. Вона дорівнюється зміні потенціальної енергії електричного заряду в полі, яку взято з протилежним знаком:

                     A = - ( - ) = - Δ .

   Електростатичне поле має дві основні характеристики:

1.      силова – напруженість;
2.     енергетична – різниця потенціалів.

   Різниця потенціалів двох точок поля – це величина, яка чисельно дорівнюється роботі кулонівських сил з переміщення одиничного додатного заряду з однієї точки до іншої:

                                             Δφ = ;   [Δφ] = = 1 В

   За енергетичну характеристику поля в даній точці прийнято величину, що називається потенціалом поля – це різниця потенціалів в даній точці поля та у точці, в якій потенціальну енергію заряда приймають за ноль: в теорії – на безкінечності, а на практиці – на поверхні Землі:

                                           φ = ;  φ = + + … +

   Напруженість електричного поля дорівнюється різниці потенціалів, що приходиться на одиницю довжини вздовж лінії напруженості:

                                            Е = .

 

Питання	Напруженість	Потенціал
Визначення фізичної величини	Напуженість електричного поля в даній точці називають векторну фізичну величину, яка дорівнює відношенню сили, що діє з боку електричного поля на точковий пробний заряд, поміщений у дану точку поля, до значення цього заряду	Потенціалом електричного поля в даній точці називають скалярну величину, що дорвнєю відношенню потенціальної енергії заряду, поміщеного в дану точку поля, до величини цього заряду
Формула (за визначенням)	E =	φ =
Одиниця	[Е] = ;	[φ] = В
Величина скалярна чи векторна?	Векторна величина	Скалярна величина
Силова чи енергетична характеристика поля?	Силова	Енергетична
Формула для точкового заряду	Е = k ; Е = k	φ = k ; φ = k
Як зображується графічно?	За допомогою силових ліній	За допомогою еквіпотенціальних поверхонь
Як обчислити роботу при переміщенні заряду?	A = Eqd	А = q ( - )
Який взаємозв’язок напруженості, напруги, різниці потенціалів?	U = Ed U = -

 

5. Закріплення нового матеріалу:

1. Відповісти на питання:

• У чому схожість та відмінність двох характеристик електричного поля – напруженості та потенціалу?
• Як напрямлена напруженість: в сторону зростання чи зменшення потенціалу:
• Наведіть приклади еквіпотенціальних поверхонь.

2.  Розв’язування задач.

• Довжина розряду блискавки становить 150 м. чому дорівнює різниця потенціалів між грозовою хмарою та землею, якщо пробій вологого повітря відбувається при напруженості електричного поля

10 МВ ⁄ м? поле вважати однорідним.

• Яку роботу виконує електричне поле при переміщенні заряду 20 нКл із точки з потенціалом 500 В в точку з потенціалом 200 В?
• Яку різницю потенціалів має пройти протон, щоб його швидкість збільшилася від 5 до 15 Мм ⁄ с?

6.  Підсумки заняття.

  6.1 Висновки щодо вивчення теми .

  6.2 Зауваження щодо засвоєння студентами матеріалу.

  6.3 Виставлення оцінок за роботу на занятті.