Урок на тему "Робота в електричному полі. Потенціал електричного поля."

Урок з фізики 11 клас

Учитель Серьогіна Л. В.

КЗШ № 117

Тема: Робота в електричному полі. Потенціал електричного поля.

 

Мета: Сформувати поняття потенціалу електричного поля. Вивести формули роботи поля по переміщенню електричного заряду, потенціалу електричного поля і потенціалу точкового заряду.

Продовжувати формувати в свідомості учнів поняття матеріальності електричного поля. Оскільки електричне поле володіє енергією і може здійснювати роботу по переміщенню електричного заряду, то воно, як і речовина матеріальне.

 

Тип уроку: комбінований.

 

Хід уроку

I. Актуалізація опорних знань.

II. Вивчення нового матеріалу.

III. Закріплення матеріалу.

IV. Домашнє завдання.

V. Підсумок уроку.

 

1. Актуалізація опорних знань.

 

Фронтальне опитування учнів.

 

1. Які види зарядів існують в природі?

2. Тіло заряджене «+». Що це означає? «-»?

3. Якими способами можна наелектризувати тіло? Чому при електризації тертям тіла набувають різнойменних зарядів?

4. Чи можна створити електричний заряд або знищити його? Чому? Поясніть суть закону збереження електричних зарядів?

5. Що є електричним полем, і якими властивостями воно володіє?

6. Дайте визначення напруженості електричного поля.

7. Якою формулою виражається напруженість електричного поля в даній крапці?

8. Якою величиною є напруженість - векторною або скалярною?

9. Покажіть результуючу напруженість в точці С?

 

 

10. Що називається силовою лінією?

11. Що є однорідним полем?

 

Робота по картках.

 

Картка №1.

З якою силою діє однорідне електричне поле напруженістю 2000 Н/Кл на заряд 5•10^-6 Кл?

 

Дано:      Розв’язування:

E=2000 Н/Кл        q0=5·10-6 Кл		5·10-6 Кл·2000 Н/Кл=10·10-3Н=10мН
F -?

                    Відповідь:10мН
Картка №2
Два заряди +6·10^-7Кл і +2·10^-7Кл розташовані в гасі на відстані 0,4 м один від одного. Визначте напруженість електричного поля в точці розташованої по середині відрізка. Діелектрична проникність гасу 2,1.

 

Дано:              Розв’язування.

q1=6·10-7 Кл q2=2·10-7 Кл r=0,4м          r1=r2=0,2м k=9·109Нм2/Кл2 ε=2
Eр -?		Відповідь: 428,6·102Н/Кл

 

Додатково: Як зміниться напруженість Е електричного поля, якщо заряд що створює поле збільшити в 3 рази?

 

Картка №3
Знайти масу порошинки, що має заряд 5·10^-9 Кл, що знаходиться в рівновазі в однорідному електричному полі з напруженістю 6000Н/Кл, якщо силові лінії направлені вертикально вгору.
Дано:              Розв’язування.

q=5·10-9 Кл E=6000Н/Кл g=9,8м/с2 k=9·109Нм2/Кл2
m -?		Ответ:3мг

 

 II. Вивчення нового матеріалу.

 

Робота в електричному полі.

На всякий заряд, що знаходиться в електричному полі, діє сила, і тому при русі  заряду  в полі здійснюється певна робота. Як  розрахувати  цю  роботу?

Розглянемо переміщення заряду в однорідному полі, що створене двома паралельними пластинами А і В, які заряджені протилежними зарядами (рис.1, лівий). У такому полі силові лінії перпендикулярні до цих пластин, а якщо пластина А заряджена позитивно, то напруженість поля Е направлена від А до В.

Допустимо, що позитивний заряд перемістився з точки а до точки b по якому-небудь шляху ab=S,

Оскільки сила, що діє на заряд, який знаходиться в полі, рівна:

 

 Рис. 1. Величина роботи переміщення заряду не залежить від форми шляху

 

то робота, здійснена при переміщенні заряду в полі по заданному  шляху,  визначиться  з   рівності:

, або.

Але , де   - відстань між пластинами. Отже

.

Нехай тепер заряд   перемістився з а в b по шляху acb. Робота, здійснена на цьому шляху, буде рівна сумі робіт, здійснених на окремих ділянках  його:   ac=S₁,  cb=S₂,  тобто

,

або

.

Але з малюнка 1 видно, що, отже, і   в цьому випадку

.

Нарешті, уявимо собі, що заряд   переміщається з а в b по якій-небудь кривій лінії (рис.1, правий). Щоб розрахувати роботу, здійснену на цьому криволінійному шляху, розділемо поле між пластинами А і В цілим рядом паралельних площин, настільки близьких одина до одної, щоб окремі відрізки шляху   між цими площинами можна було вважати прямими.

Тоді робота, проведена на кожному з цих відрізків шляху, буде рівна, де  - відстань між двома суміжними площинами. Повна ж робота на шляху  буде рівна добутку на суму відстаней, рівну. Отже, і у разі криволінійного шляху здійснена робота поля буде  рівна .

Отже, розглянуті нами приклади показують, що робота по переміщенню заряду з однієї точки електричного поля в іншу не залежить від форми шляху переміщення, а залежить тільки від положення цих точок в полі.

Ми знаємо, що робота, яка здійснюється силою тяжіння при русі тіла по похилій площині завдовжки L, рівна роботі, яка здійснюється при падінні тіла з висоти h, рівній висоті похилій площині. Таким чином, робота сили тяжіння, або, можно сказати, робота при переміщенні тіла в полі тяжіння, також не залежить від форми шляху, а залежить тільки від різниці висот початкової  і  кінцевої  точок  шляху.

 

Можна довести, що цією важливою властивістю володіє не, тільки однорідне, але і будь-яке електричне поле. Аналогічною властивістю володіє і поле сили тяжіння.   

 Звідси витікає, що робота сил електричного поля по переміщенню заряду по замкненому контуру рівна нулю.                                                                                                                                                         

 Якщо робота не залежить від форми траєкторії, то вона рівна зміні потенціальної енергії, узятій з протилежним знаком.

 

А>0 Wp зменшується, а Wk за законом збереження енергії збільшується.

А<0 Wp збільшується, а Wk за законом збереження енергії зменшується.

Як енергетичну характеристику поля в даній точці використовують потенціал φ

Потенціал електростатичного поля – відношення потенціальної енергії заряду в полі до цього заряду:

Виражається потенціал у вольтах:

1В - це потенціал в такій точці, для переміщення в яку з нескінченності заряду в 1Кл потрібно витратити роботу в 1Дж.

Потенціал   не залежить від заряду q, поміщеного в дану точку поля.

 

 

 

Якщо поле створене двома зарядами, то виконується слідство принципу суперпозиції полів.

Потенціал поля, створеного декількома зарядженими тілами, рівний алгеброічній сумі потенціалів окремих полів, які створюються в даній точці простору кожним із заряджених тіл:

Визначимо потенціал точкового заряду:

 

 

III.Закріплення.

 

Задача №1

Заряд ядра атома цинку рівний 4,8·10^-18Кл. Визначити потенціал електричного поля, створеного ядром атома цинку, на відстані 10нм.

Дано: Розв’язування:

q=4,8∙10-18Кл d=10нм
φ-?		Відповадь:4,32В.

 

Задача №2

Електрон летить з точки А до точки В, між якими різниця потенціалів рівна 100В.  Яку швидкість матиме електрон в точці В, якщо в точці А його швидкість була рівною нулю.

Дано: Розв’язування:

 

φ=100В υА=0
υВ-?		Відповідь: 5,9∙106м/с.

Задача №3

У електричному полі переміщається заряд з точки 1 в точку 2: спочатку по траєкторії 1-2, а потім по траєкторії 1-3-2. У якому випадку робота електричного поля буде більшою?

А. По траєкторії 1-2.

Б. По траєкторії 1-3-2.

В. Работа на обох траєкторіях однакова.

Г . Робота на обох траєкторіях рівна нулю.

Задача№4

Порівняйте роботу поля по переміщенню заряду на кожній з ліній напруженості електричного поля.

А. Найбільша робота - по лінії 3, найменша - по лінії 1

Б. Найбільша робота - по лінії 1, найменша - по лінії 3

В. Работи однакові

 

Задача №5 

У скільки разів зміниться кінетична енергія електрона, якщо різниця потенціалів, яку проходить електрон, збільшити в 10 разів?

А. Збільшиться в 10 разів

Б. Зменшиться в 10 разів

В. Не зміниться

 

 IV.Домашнє завдання

Вивчити§7-8, (вправа 4 №3, вправа 5 №2, 3)

 

 V. Підсумок уроку