Напруженість електричного поля.

Мета.

Навчальна. Ввести поняття напруженості електричного поля..

Розвиваюча. Розвивати логічне та абстрактне мислення.

Виховна. Виховувати культуру наукового мовлення, охайність ведення зошитів, свідоме ставлення до вивчення предмету.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

Дидактичні матеріали:

• Фізика: 10 кл.: підруч. для загальноосвіт. навч. закл.: рівень стандарту/ Бар'яхтар В. Г., Довгий С.О., Божинова Ф. Я, Кірюхіна О. А., ТОВ "Видавництво "Ранок"" , 2018. <<Завантажити>>
• Фізичний довідник. <<Дивитись>>
• Відео. Лінії напруженості електричного поля (Час показу 10:07 хв.)

План

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.
2. Напруженість електричного поля.
3. Вчимося розв’язувати задачі.
4. Запитання до уроку.
5. Домашнє завдання.
6. Перевір себе.
7. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання.

2. Напруженість електричного поля.

Напруженість електричного поля. Електричні поля досліджують за їх дією на пробний заряд, який поміщають у різні точки поля.

Пробним вважають настільки малий заряд, що він не викликає внаслідок електростатичної індукції перерозподілу електричних зарядів на довколишніх тілах.

Дія електричного поля на заряджене тіло може мати різну інтенсивність. Сила, яка характеризує цю дію, залежатиме не лише від значення заряду даного тіла, а й від характеристик поля. Установлено, що відношення сили, що діє на електричний заряд, до його значення буде однаковим для певної точки поля:

.

Фізичну величину, яка дорівнює відношенню сили, з якою поле діє на позитивний пробний заряд, поміщений в дану точку простору, до величини цього заряду, називають напруженістю електричного поля.

Напруженість електричного поля (силова характеристика електричного поля) – векторна фізична величина, яка визначає значення сили, що діє на заряджене тіло, та її напрям. Вектор напруженості в будь-якій точці (А, В) електричного поля спрямований вздовж прямої, що сполучає цю точку і заряд: від заряду, якщо q > 0, і до заряду, якщо q < 0.

Напрям вектора напруженості співпадає в кожній точці простору з напрямом сили, яка діє на додатний пробний заряд.

Густина ліній (кількість ліній напруженості, що перетинають одиничну поверхню, розміщену перпендикулярно до ліній) тим більша, що більша напруженість поля у даній точці.

Напруженість електричного поля, яке створене точковим зарядом  у вакуумі на відстані  від нього, дорівнює по модулю:

.

З означення випливає і найпростіший спосіб вимірювання напруженості електричного поля: знаючи значення заряду тіла, достатньо виміряти силу, яка діє на нього в електричному полі.

За відсутності електричного поля (мал. 1) на кульку діє лише сила тяжіння, що викликає натяг нитки підвісу, і тому вона займає вертикальне положення. В електричному полі (мал. 2) на кульку, крім сили тяжіння, діятиме також сила електричної взаємодії.

Напруженість електричного поля точкового заряду збігається з напруженістю поля рівномірно зарядженої металевої сферичної поверхні радіуса R поза її межами (для r>R). Всередині сфери (для r<R) зарядів немає, Е=0.

Електричне поле називають однорідним, якщо в усіх точках поля на певне заряджене тіло діє однакова сила (, густина ліній однакова). Лінії напруженості однорідного електричного поля паралельні одна одній і знаходяться на однаковій відстані.

Практично однорідним буде поле між двома різнойменно зарядженими металевими плоскими паралельними пластинами, якщо відстань між ними значно менша за їх розміри. Поза пластинами напруженість електричного поля Е=0. Заряд на пластинах називають розподіленим і характеризують поверхневою густиною.

Якщо напруженість у різних точках поля має різні значення, то поле називають неоднорідним.

Принцип суперпозиції електричних полів: напруженість електричного поля, яке створене системою зарядів в деякій точці простору, дорівнює векторній сумі напруженостей електричних полів, створених в тій же точці кожним зарядом.

Завдяки принципу суперпозиції для знаходження напруженості поля системи заряджених частинок у будь-якій точці А досить знати вираз для напруженості поля точкового зарядженого тіла і додати вектори за правилом паралелограма. Принцип суперпозиції дозволяє обчислити напруженість поля довільної системи зарядів, а не тільки точкових, зокрема і рівномірно зарядженої площини.

Відео. Лінії напруженості електричного поля (Час показу 10:07 хв.)

3. Вчимося розв’язувати задачі.

Задача 91.1. Електричне поле створене накладанням двох однорідних полів з напруженостями 300 В/м і 400 В/м. Визначити модуль напруженості результуючого поля, якщо силові лінії: а) спрямовані в один бік; б) протилежно спрямовані; в) взаємно перпендикулярні.

Задача 91.2. Електрон під дією лише однорідного електричного поля напруженістю 182 Н/Кл рухається з прискоренням. Визначити прискорення електрона.

Задача 91.3. Маленьку кульку масою 0,3 г, яка має заряд 3·10-7 Кл , підвішено на тонкій непровідній нитці. На яку відстань потрібно піднести знизу другу кульку з однойменним зарядом  5·10-8 Кл, щоб натяг нитки зменшився вдвічі?

Задача 91.4. На відстані 10 см від точкового заряду модуль напруженості електричного поля дорівнює Е1. Чому дорівнює модуль напруженості електричного поля в точці, що знаходиться на відстані 5 см від цього заряду? (В. Е2=4Е1)

4. Запитання до уроку.

Запитання 91.1. Яку властивість електричного поля описує напруженість? Яку фізичну величину називають напруженістю електричного поля? Які одиниці вимірювання напруженості електричного поля?

Запитання 91.2. Що відбувається при внесенні провідника в електричне поле? Яке явище називають електростатичною індукцією?

Запитання 91.3. Як зарядити два тіла різнойменно, не доторкаючись до них зарядженим тілом?

Запитання 91.4. Чому в провіднику напруженість електричного поля дорівнює нулю? Яке призначення металевих екранів?

Запитання 91.5. Яка особливість будови діелектриків? Яке явище спостерігається при внесенні діелектрика в електричне поле?

Запитання 91.6. Чому за звичайних умов діелектрик немає електричного поля? Що відбувається при поляризації діелектрика? Як змінюється напруженість електричного поля в діелектрику при його поляризації?

Запитання 91.7. Що таке діелектрична проникність речовини? Чому діелектрична проникність різних речовин має різні значення?

Запитання 91.8. Які властивості електретів? Чому рідкі кристали змінюють фізичні властивості в електричному полі?

Запитання 91.9. На рисунку схематично зображено рамки у вигляді геометричних фігур: кола та рівносторонніх восьмикутника, трикутника і квадрата. Заряд рівномірно розподілений по довжині дротин, з яких виготовлено рамки. У якому випадку в геометричному центрі фігури напруженість поля дорівнює нулю?

Запитання 91.10. Чому рівна напруженість поля у центрі кільця, радіусом R, по якому рівномірно розподілений заряд .

Запитання 91.11. Яке електричне поле називають однорідним? неоднорідним?

Запитання 91.12. Як формулюється принцип суперпозиції полів? Яку властивість полів покладено в основу принципу суперпозиції?

5. Домашнє завдання.

Підручник: §41.

Усне опитування по запитаннях до уроку.

Задача 91.4. На тіло, яке має заряд Кл, діє сила Н. Яка напруженість електричного поля в цій точці?

Задача 91.5. Кулька масою 5 г має заряд  Кл. З яким прискоренням вона буде рухатись в однорідному електричному полі з напруженістю  Н/Кл, якщо дія сили тяжіння буде компенсована?

Задача 91.6. У скільки разів зміниться сила взаємодії двох заряджених тіл, якщо їхні заряди подвоюються, а відстань між ними зменшилася втричі і при цьому їх перемістили з повітря в гас?

Тести онлайн. Напруженість електричного поля (Відповіді учнів) (Версія для друку)

6. Перевір себе.

Задачі середнього рівня складності

Задача 91.1.С. Визначте напруженість поля в точці, де заряд 2 нКл діє сила 0,4 мкН.

Задача 91.2.С. Визначте силу, з якою поле діє на заряд -8 нКл, якщо напруженість поля в точці розміщення заряду дорівнює 500 Н/Кл.

Задача 91.3.С. Яка сила діє на заряд 12 нКл, розміщений у точці, в якій напруженість електричного поля дорівнює 2 кВ/м?

Задача 91.4.С. Крапля води набула заряду Кл. Яка сила діє на краплю з боку електричного поля Землі напруженістю 90 В/м?

Задача 91.5.С. Модуль напруженості електричного поля в точці, де перебуває тіло, заряд якого 0,2 мкКл, дорівнює 8 Н/Кл. Яке значення електричної сили, що діє на це тіло?

7. Для допитливих.

Задачі достатнього рівня складності

Задача 91.1.Д. З яким прискоренням рухається електрон у полі напруженістю 10 кВ/м?

Задача 91.2.Д. З яким прискоренням рухається кулька, маса якої 2 г, а заряд +5 нКл, у однорідному електричному полі, напруженість якого дорівнює 12 МН/Кл, і яка напрямлена вертикально вгору?

Задача 91.3.Д. Визначте модуль напруженості електричного поля, у якому перебуває у рівновазі порошинка, маса якої 1 г і заряд 10 нКл.