Блок № Электростатика. Лекции



жүктеу 0.94 Mb.
Pdf просмотр
Дата15.03.2017
өлшемі0.94 Mb.

 

Блок  №  7.  Электростатика.  

 

Лекции:  

1. 


Электрический  заряд.  Элементарный  электрический  заряд.  Два  вида  зарядов.  Единица  

заряда.  Закон  Кулона.  

2. 

Электростатическое  поле.  Напряженность  электростатического  поля.  Линии  



напряженности.  Аналогия  между  линиями  напряженности  и  направлением  вытекания  

жидкости.  Однородное  электростатическое  поле.  

3. 

Потенциальная  энергия  электрического  заряда.  Потенциальная  энергия  



взаимодействия  двух  точечных  зарядов.  Потенциальная  энергия  заряда  в  однородном  

электростатическом  поле.  Закон  сохранения  энергии  для  электрических  зарядов.  

Потенциал  электростатического  поля.  Связь  разности  потенциалов  с  напряженностью  

электрического  поля  и  работой  электростатических  сил.  

 

 

 



 

Лекции:  

7.1  Электрический  заряд.  Элементарный  электрический  заряд.  Два  вида  зарядов.  Единица  

заряда.  Закон  Кулона.  

7.1.1  Элементарный  электрический  заряд.  

Один  из  способов  определения  понятия  электрического  заряда   –  воспользоваться  понятием  

элементарных   частиц.   По   современным   представлениям   физики:   элементарная   частица   –  

мельчайшая  неделимая  частица  вещества.  Такими  частицами  являются:  протон,  электрон,  нейтрон  и  

др.  (существуют  сотни  элементарных  частиц,  но  протон,  электрон  и  нейтрон  наиболее  важны  для  нас  

так  как  именно  они  составляют  окружающее  нас  вещество).  То,  что  частицы  мельчайшие  значит,  что  

все   их   свойства   уже   никаким   образом   неотделимы   от   самих   частиц   и   выражают   их   суть.   Одним   из  

таких   свойств   является   свойство   притягивать   или   отталкивать   другие   частицы   определенным  

образом.   Договорились   считать,   что   частицы   которые   действуют   друг   на   друга   так,   обладают  

электрическим   зарядом.      Таким   образом   понятие   заряда   отражает   свойство   элементарных   частиц  

взаимодействовать   друг   с   другом,   т.е.   электрон   и   протон,   которые   притягиваются,   обладают  

электрическими  зарядами,  а  протон,  который  не  взаимодйствует  с  ними  –  не  обладает.    

Так   как   оказалось,   что   некоторые   частицы   обладающие   электрическим   зарядом  

притягиваются  друг  к  другу,  а  другие  отталкиваются,  договорились  что  заряды  бывают  двух  видов:  

положительные  и  отрицательные.  Частицы  обладающие  зарядами  разного  знака  –  притягиваются,  а  

частицы  одного  знака  –  отталкиваются.    

Заряд   электрона   договорились   считать   отрицательным,   тогда   заряд   протона      -­‐  

положительный.   Все   остальные   частицы,   которые   отталкиваются   от   электрона   обладают  

отрицательным  зарядом,  а  притагивающиеся  к  нему  –  положительным.  

 

Единицей  электрического  заряда  является  Кулон  (Кл),  1  Кулон  –  это  очень  большая  величина.  



Оказалось,  что  все  элементарные  частицы  обладают  зарядами  одинаковыми  по  величине.  Эту  

величину  назвали  элементарным  зарядом.  Элементарный  заряд  равен  e=1,6  10

-­‐19

 Кл.  


 

7.1.2  Макроскопический  заряд  вещества.  

Известно,  что  атом  любого  вещества,  состоит  из  ядра,  состоящего  из  протонов  и  нейтронов  и  

вращающихся  вокруг  них  электронов.  Количество  электронов  и  протонов  в  ядре  одинаково,  поэтому  

суммарный  заряд  атома  равен  0.  Протоны  и  нейтроны  в  ядре  связаны  очень  крепко,  их  практически  

невозможно   оторвать   друг   от   друга,   но   электроны,   вращающиеся   на   периферии   ядра   достаточно  

легко   могут   быть   оторваны   от   ядра.      Более   детальное   изучение   свойств   веществ   выяснило,   что  

иногда  атомы  способны  захватывать  чужие  электроны  или  отдавать  свои.  

 

Из  выщесказанного  следует,  что  макроскопический  заряд  вещества  возникает,  если  вещество  



захватывает   дополнительные   электроны   (заряжается   отрицательно)   или   отдает   часть   своих  

электронов  (заряжается  положительно).  

 

Наиболее   простым   способом   получения   электрического   заряда   является   процесс  



электризации,   который   состоит   в   то,   что   определенные   пары   веществ   (например   стекло   и   бумага  

или   шерсть   и   янтарь)   приведенные   в   соприкосновение   заряжаются.   Одно   из   пары   заряжается  

отрицательно,   а   второе   –   положительно.   Очевидно,   что   отрицательно   заряженное   вещество  

захватывает  часть  электронов  вещества,  которое  при  этом  заряжается  положительно.  И  суммарный  

заряд  при  этом  остается  равным  0.  

 

7.1.3  Проводники  и  диэлектрики.  

Все   вещества   можно   разделить   на   две   группы:   проводники   и   диэлектрики.   Проводники  

способны   пропускать   заряд   сквозь   себя,   а   диэлектрики   не   способны.   Во   всех   проводниках   внутри  

имеются   заряженные   частицы,   способные   свободно   двигаться   в   толще   вещества,   именно   движение  

таких   частиц   и   дает   проводникам   возможность   пропускать   электрический   заряд.   Проводниками  

являются   металлы,   в   которых   имеются   свободные   электроны   (электроны   оторвавшиеся   от   своих  

атомов   и   свободно   перемещающиеся   в   толще   металла).   Диэлектриками   является   –   пластмасса,  

керамика,  резина,  дистиллированная  вода.  Во  всех  этих  веществах  положительные  и  отрицательные  

заряда  сцеплены  друг  с  другом  и  поэтому  не  могут  свободно  перемещаться  по  одиночке.  

 

7.1.4  Закон  сохранения  электрического  заряда  

В  замкнутой  системе  алгебраическая  сумма  заряда  сохраняется.  

Этот  закон  очевиден  если  представлять  любой  электрический  заряд  как  большое  количество  

элементарных   зарядов,   являющихся   неотделимыми   свойствами   элементарных   частиц.      В   таком  

случае   перераспределяя   количество   положительных   и   отрицательных   элементарных   частиц   мы  

можем   менять   электриеские   заряды   различных   тел,   но   при   этом   суммарный   заяд   будет   оставаться  


неизменным.  Интересно,  что  в  микромире  существуют  процессы,  когда  одни  элементарные  частицы  

способны  пораждать  другие.  Но  и  в  этом  случае  оказалось,  что  суммарный  заряд  всех  частиц  остается  

неизменным.   Таким   образом   закон   сохранения   электрического   заряда   является   одним   из   самых  

общих  законов  природы  наряду  с  законом  сохранения  энергии.  



7.1.5  Закон  Кулона.  

Сила,   возникающая   между   двумя   заряженными   частицами   (электрические   силы)  

описывается  законом  Кулона:  

Точечные  заряды  действуют  друг  на  друга  с  силами,  прямопропорционально  их  величинам  и  

обратно  пропорционально  квадрату  расстояния  между  ними.  

?????? = ??????

??????

??????


??????

??????


??????

??????


   (7.1)     где k=9 10

9

  Нм



2

/Кл


– электрическая Постоянная. 

Если имеются более двух зарядов, то, чтобы найти силу, которая действует на заряд со стороны всех 

остальных  зарядов,  нужно  расчитать  силу,  действующую  со  стороны  всех  остальных  зарядов  по  формуле 

(7.1), а потом сложить геомерически. 

 

7.2   Электростатическое   поле.   Напряженность   электростатического   поля.   Линии  



напряженности.   Аналогия   между   линиями   напряженности   и   направлением   вытекания  

жидкости.  Однородное  электростатическое  поле.  

7.2.1  Электростатическое  поле.  

При   изучениии   электрического   взаимодействия   возникает   вопрос   о   механизме   передачи  

силы   от   одного   зарада   к   другому.   Существует   две   основных   теории,   пытающихся   описать   это  

взаимодействие:  теория  дальнодействия  и  теория  близкодействия.  

По   теории   дальнодействия   один   заряд   непоследственно   способен   действовать   на   второй  

заряд.   Расстояние   между   зарядами   влияет   только   на   величину   силы.   В   этом   случае   воздействие  

должно  передаваться  мгновенно.    

По  теории  близкодействия  существует  некий  посредник,  передающий  воздействие  от  одного  

заряда  к  другому.  В  этом  случае  воздействие  передается  от  заряда  к  посреднику,  находящемуся  в  той  

же   точке   пространства,   затем   сам   посредник   перемещается   в   точку   пространства   где   находится  

второй   заряд   и   уже   после   этого   действует   на   него.   В   случае   справедливости   второй   теории   –  

воздействие  передается  не  мгновенно,  а  с  некоторым  запаздыванием.  

Справедливость  той  или  иной  теории  мог  подтвердить  эксперимент,  который  зафиксировал  

бы  конечную  скорость  передачи  воздействия  от  одного  заряда  к  другому.  Такие  эксперименты  были  

проведены  и  оказалось,  что  скорость  передачи  электрического  сигнала  конечна,  хотя  и  очень  велика.  

Она   оказалась   равна   c=300   000   км/с.   (эта   константа   сейчас   называется   скоростью   света).   Таким  

образом,   если   один   из   двух   зарядов,   расположенных   на   расстоянии   L   убрать,   другой   почувствует  

изменение  силы  только  через  время  t=L/c.  

Итак,   эксперимент   подтвердил   теорию   близкодействия:   действие   от   заряда   к   заряду  

передается  с  помощью  посредника.  Этот  посредник  назвали  электрическое  поле.  

Электрическое   поле   –   особая   форма   материи   при   помощи   которого   взаимодействуют  

электрические  заряды.    

Механизм   передачи   электрического   воздействия   можно   изобразить   так:   Первый   заряд  

создает   электрическое   поле,   поле   распространяется   во   все   стороны   со   скоростью   света.   Кода   оно  

достигает  второго  заряда,  на  него  начинает  действовать  электрическая  сила.  

Электрическое   поле   является   материей   потому,   что   оно   способно   существовать   независимо  

от   заряда,   его   породившего.   Действительно,   если   уничтожить   один   из   двух   взаимодействующих  

зарядов,   на   другой   некоторое   время   еще   будет   дейсвовать   сила.   Эту   силу   будет   создавать  

электрическое  поле,  т.е.  поле  будет  существовать  даже,  когда  заряд,  его  создавший  уже  исчезнет.  

7.2.2  Напряженность  электростатического  поля.  

Как  у  любой  материи,  у  электростатического  поля  есть  свои  характеристики.  Главная  из  них  –  

электрическая   напряженность.   Электрическая   напряженность   векторная   величина,   которая  

показывает  какая  сила  будет  действовать  в  данной  точке  пространства  на  единичный  электрический  

заряд.       Чтобы   расчитать   напряженность   электрического   поля   в   некоторой   точке   пространства,   не  

обходимо  поместить  в  данную  точку  поля  небольшой  точечный  заряд,    измерить  силу,  действующую  

на  этот  заряд  и  расчитать  напряженность  по  формуле:  

?????? =


??????

??????


    (7.2) 

Отметим, что напряженность не зависит от величины заряда. При увеличении заряда, увеличивается 

сила,  действующая  на  заряд  со  стороны  электрического  поля.  Электрическая  напряженность    - 

характеристика именно электрического поля в данной точке пространста. 

Единица измерения напряженности Н/Кл (или как будет показано дальше В/м). 

Направление  напряженности  совпадает  с  направлением  силы,  действующей  на  положительный 

заряд в этой точке и противоположна силе, действующей на трицаельный заряд. 

 


 

Если   электрическое   поле   создает   точечный   электрический   заря,   то   напряженность  

электростатического  поля  на  расстоянии  R  от  него  можно  расчитать  по  формуле:  

?????? =


????????????

??????


??????

  (7.3) 

Эта формула легко получается, если в формулу (7.2) подставить значение силы из формулы (7.1). 

Если  зарядов  несколько,  то  для  того,  чтобы  найти  суммарную  напряженность  в  некоторой  точке 

пространства, нужно расчитать напряженность, которую создает каждый заряд в данной точке пространства 

по формуле (7.3), а потом геометрически (векторно) сложить эти напряженности между собой. Этот способ 

назвается принципом суперпозиции электростатических полей



7.2.3 Линии напряженности электростатического поля. 

Для  того,  чтобы  изобразить  особенности  электростатического  поля  в  целом  применяют  понятие 

линий напряженности. 

Лини напряженности: линии, проведенные так, чтобы касательная к ним в каждой точке указывала 

направление напряженности электростатического поля в данной точке. Таким образом лини напряженности 

характеризуют направление напряженности в каждой точке пространства. Также легко можно показать, что 

в областях, где густота линий напряженности больше – больше и величина электростатического поля.  

Свойства линий напряженности:  

1) 

В  каждой  точке  указывают  направление  напраженности.  Густота  линий  пропорциональна 



величине напряженности. 

2) 


Линии  напряженности  начинаются  на  положительном  заряде  или  на  бесконечности  и 

заканчиваются на отрицательном заряде или на бесконечности. 

3) 

Линии напряженности не могут пересекаться. 



7.2.4  Аналогия  между  линиями  напряженности  и  направлением  вытекания  жидкости. 

Рассмотрим  линии  напряженности  характерных  объектов:  положительного  (отрицательного) 

точечного заряда, двух одноименных (разноименных) зарядов, заряженного шара, равномерно заряженной 

пластины. 

 

 

Из  рисунков  можно  заметить,  что  для  электрическое  поле  можно  представить  как  жидкость  



или   газ,   вытекающие   (втекающие)   из   трубы.   В   этом   случае   линии   напряженности   показывают  

направление  движения  жидкости  или  газа.  



7.2.5  Однородное  электростатическое  поле.  

Если   лини   напряженности   параллельны   друг   другу,   то   их   густота   не   меняется,   а   значит   в  

каждой   точке   пространства   напряженность   электрического   поля   одинакова   по   величине   и  

направлению.  Такое  поле  называется  однородным.  

Чтобы   получить   однородное   электрическое   поле   можно   использовать   равномерно  

заряженную  пластину.  Чаще  испльзуют  две  пластины,  расположенные  параллельно  друг  другу:  одну  

из  них  заряжают  положительно,  а  другую  отрицательно.  

 

7.3   Потенциальная   энергия   электрического   заряда.   Потенциальная   энергия   взаимодействия  



двух   точечных   зарядов.   Потенциальная   энергия   заряда   в   однородном   электростатическом  

поле.   Закон   сохранения   энергии   для   электрических   зарядов.   Потенциал   электростатического  

поля.   Связь   разности   потенциалов   с   напряженностью   электрического   поля   и   работой  

электростатических  сил.  

7.3.1  Потенциальная  энергия  взаимодействия  двух  точечных  заядов.  

Если   имеются   два   и   больше   зарядов,   между   ними   начинают   действовать   силы,   которые,  

следовательно  способны  производить  работу.  Можно  доказать,  что  эта  работа  не  зависит  от  того,  как  

конкретно  двигались  заряды,  а  зависит  только  от    начального  и  конечного  положения  зарядов.  Это  

значит,  что  электростатическим  силам  можно  сопоставить  потенциальныю  энергию.    

Если  имеется  два  точечных  заряда,  то  энергия  их  взаимодействия  можно  расчитать  по  формуле:  

?????? =

????????????

??????

??????


??????

??????


 (7.4) 

7.3.2  Потенциальная  энергия  заряда  в  однородном  электрическом  поле.  

Отметим,   что   если   заряды   имеют   одинаковый   знак      -­‐   энергия   будет   положительной,   а   если  

разный,    то  энергия  будет  отрицательна.  Эта  формула  значит,  что  если      увеличить  расстояние  между  

зарядами   от   R   до   бесконечности,   электрические   силы   произведут   над   зарядом   работу,   равную  

?????? =

!!

!



!

!

!



 .  Отметим, что эта энергия приходится на оба взаимодействующих заряда. 

Если  точечный  заряд  находится  в  однородном  электростатическом  поле  

напряженностью  E,    то  ему  можно  сопроставить  потенциальную  энергию:  

W=-­‐qEd  (7.5)  

Где   d-­‐   расстояние   между   точкой,   где   находится   заряд   и   линией,  

нулевого   уровня.   (Для   понимания   этой   формулы   можно   воспользоваться  

q  


d  

E  


аналогией   с   потециальной   энергией   тела   массой   m   на   высоте   h   :   W=mgh.   В   этой   формуле      h   –  

расстояние   между   точной,   где   находится   тело   и   линией   нулевого   уровня,   которую   мы   вибираем  

сами).  

7.3.3  Закон  сохранения  энергии  для  электрических  зарядов.  

Потенциальная  энергия  взаимодействия  электрических  зарядов  нужна  для  того,  чтобы  можно  было  

бы  применять  для  расчета  движения  электрических  зарядов  закон  сохранения  энергии.  

Во   многих   случаях   можно   считать   что   сумма   потенциальной   энергии   взаимодейстия   зарядов   и  

кинетической  энершии  зарядов  сохраняется.  

 

7.3.4  Потенциал  электростатического  поля.    

 С   потенциальной   энергией   электрического   заряда   связана   вторая   важнейшая   характеристика  

электростатического   поля:   потенциал.   Пусть   у   нас   имеется   электрическое   поле.   Поместим   в  

некоторую   точку   этого   поля   точечный   заряд.   Этот   заряд   в   данной   точке   поля   будет   обладать  

некоторой   потенциальной   энергией   W.   Тогда   потенциал   электростатического   поля   в   данной   точке  

пространства    равен  энергии,  приходящейся  на  единичный  электрический  заряд.  

?????? =

??????


??????

  

(7.6)  



Чем больше потенциал электриеческого поля в данной точке пространства, тем большей потенциальной 

энергией обладает любой заряд в данной точке. Отметим, что потенциал величина скаларная (не имеет 

направление). Потенциал также как и напряженность не зависит от величины электрического заряда, 

который помещен в данную точку, так как при увеличении заряда, увеличивается и приходящаяся на него 

потенциальная энергия. 

Единица измерения потенциала Вольт (В). 

Если подставить в формулу (7.6) значения для энершии (7.5) или (7.4), мы сможем получить потенциал поля 

создаваемого точечным зарядом: 

?????? =

!"

!



  

  и  потенциал точки в однородном электростатическом поле: 

?????? = −????????????

.  


 

7.3.5 Связь между напряженностью и потенциалом. 

Часто для решения задач удобно получить формулу для расчета разности потенциалов в 

однородном поле: 

??????


??????

− ??????


??????

= ??????????????????

.  

(7.7)  


  

Δd – смещение вдоль поля между начальной и конечной точкой. 

Из формулы 7.7 видно, что напряженность также можно измерять в В/м. 

7.3.6. Связь разности потенциалов с работой электроститических сил. 

Вспомним, что потенциал электростатического поля равен потенциальной энергии, единичного заряда, 

тогда получим: 

??????

??????


− ??????

??????


=

??????


??????

??????


??????


??????

??????


=

??????


эл

??????


  (7.8) 

Здесь  мы  учитывали,  что  по  определению  потенциальной  энергии:  уменьшение  потенциальной 

энергии  равно  работе,  которые  совершают  при  этом  потенциальные  силы  (силы,  которые  связаны  с  этой 

энергией).  Т.е.  если  потенциальная  энергия  тела  уменьшилась  с  100  Дж  до  80  Дж,  то  при  этом  силы, 

соответствующие этой энергии совершили работу 100-80=20 Дж. 

Формула (7.8) будет очень важна для нас впоследствии, так как она связывает разность потенциалов 

двух  точек  и  работу,  которая  будет  совершаться  над  зарядом,  который  перемещается  из  одной  точки  в 

другую. 


Например, если заряд q=1 мкКл переместился из точки с потенциалом 100 В в точку с потенциалом 

-20 В, то электростатические силы совершили над ним работу (100-(-20)) В*10

-6

Кл=120 мкДж. 



 

 

 



 

Δ

d  



E  

Задания  для  самостоятельного  выполнения.  

7.1.  Электрический  заряд.  Два  вида  зарядов.  Закон  сохранения  зарядов.  Закон  Кулона.  

1. 


Схематично изобразите атом. 

a.  Подпишите  основные  элементы  (ядро,  электроны,  протоны, 

нейтроны). 

b.  Какие 

элементы 

рисунка 


указаны 

без 


соблюдения 

пропорции?__________________ 

c.  Какая  часть  атома  изображена  максимально  условно 

(существует  ряд  моделей,  которые  позволяют  изобразить  ее 

поразному)?________________________  

              Обсудите пункты b и с или найдите ответ в интернете. 

 

2. 



Опрелите  количество  протонов,  нейтронов,  электронов  в  атоме 

кислорода, гелия, водорода, серы (заполните таблицу) 

Символ элемента 

Кол-во электронов 

Кол-во протонов 

Кол-во нейтронов 

О 

 

 



 

Н 

 



 

 

He 



 

 

 



 

 



 

 

3. 



Какую  из  элементарных  частиц  можно  отделить  максимально  просто  (подчеркните

протон, электрон, нейтрон.  

4. 

Ионом  называется  атом  или  связанная  группа  атомов,  у  которых  имеется  избыток 



(недостаток)  электронов.  Заряд  иона  (количество  элементарных  зарядов)  указывается  сверху  справа  от 

символа элементов (например H

+

, O


2-

).  


Напишите количество протонов и электронов, а также зярад иона (в Кулонах) для: Cl

-

 ,Cu



2+

 ,H




(заполните 

таблицу) 

Символ элемента 

Кол-во электронов 

Кол-во протонов 

Заряд иона  (Кл) 

Cl

-



 

 

 



 

Cu

2+



 

 

 



 

H

+



 

 

 



 

5. 


При натирании янтаря о шерсть на янтаре возник отрицательный заряд. Этот факт значит: 

(выберите правильные утверждения) 

a.  суммарное  количество  протонов  в  янтаре  стало  больше,  чем  суммарное  количество 

электронов. 

b.  суммарный  заряд  янтаря  равен  по  величине  и  противоположен  по  знаку  суммарному 

заряду, образовавшемся при этом на шерсти. 

c.  при  поднесении    натертого  янтаря  к  незаряженной  легкой  алюминиевой  гильзе,  гильза 

притягивается  к янтарю. 

d.  если  коснутья  натертым  янтарем  двух  легких  незаряженных  алюминиевых  гильз,  они 

станут отталкиваться друг от друга. 

e.  при прикосновении янтаря и шерсти, янтарь захватывает электроны у шерсти.   

6. 

Два  одинаковых  металлических  шарика  имеют  заряды  1  мкКл  и  -5  мкКл.  Шарики 



соединили  друг  с  другом  и  снова  разнесли.  Какой  заряд  будет  у  каждого  из  шариков  после 

этого._________________________ 

7. 

Какой заряд будет у заряженного шарика, если у него он будет иметь 0.01 моля лишних  



 

              электронов? Напишите формулу и численный ответ__________________________________ 

8. 

Два заряда в 1 Кл каждый расположены на расстоянии 1 м друг от друга. С какой силой они 



действуют друг на друга? 

Напишите формулу и численный ответ:___________________________________________ 

9. 


Как изменится сила между двумя точечными зарядами, если величину каждого из зарядов 

уменьшить в 3 раза?                 уменьшится(увеличится) в ___________ раз(а) 

10. 

Как  изменится  сила  между  двумя  точечными  зарядами,  если  расстояние  между  зарядами 



уменьшить в 2 раза?                 уменьшится(увеличится) в ___________ раз(а) 

11. 


Как  изменится  сила  между  двумя  точечными  зарядами,    один  из  рзарядов  уменьшить  в  3 

раза а расстояние между зарядами увеличить  в 9 раз?             уменьшится(увеличится) в ___________ раз(а) 

12. 

Как нужно изменить расстояние между зарядами, чтобы при увеличении одного из зарядов 



в 4 раза, сила взаимодействия не изменилась?                уменьшить(увеличить) в ___________ раз(а) 

13. 


Как  вы  думаете,  почему  практически  всегда  суммарный  заряд  любого  тела  равен  0  (хотя 

там имеется огромное количество положительных и отрицательных зарядов)? 

 


 

 

14. 

Определите  на  каком  расстоянии  должны  находится  два  заряженных  шарика  1  мкКл  и  2 

мкКл,  чтобы  между  ними  действовала  сила  10  Н.  Напишите  расчетную  формулу  и  численный 



ответ___________________________________ 

15. 


Три шарика обладаюие зарядами 1 мкКл каждый находятся на одной прямой на расстоянии 

10 см от соседа. 

a.  Нарисуйте силы, действующие, на крайний заряд 

 

 



 

b. 


Определите суммарную силу, действующую на крайний заряд со стороны друх других. 

 

 



 

 

16. 



Три шарика находятся на одной прямой на расстоянии 10 см от соседних. Крайние шарики 

имеют  заряд  1  мкКл.  Какой  заряд  нужно  поместить  посередине,  чтобы  заряды  находились  в  состоянии 

равновесия. 

Нарисуйте  рисунок,  указав  знаки  зарядов  и  направление  сил,  действующих  на  каждый  заряд. 

 

 



 

 

17. 



Как вы считаете: какие силы более мощные: гравитационные или электрические. 

Приведите несколько аргументов в пользу своего утверждения. 

 

 

7.2 Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линии напряженности. 

1.  Нарисуйте схему осуществления воздействия одного заряда на другой при помощи электрического 

поля. 

 

 



 

 

2.  В  некоторой  точке  пространства  создано  электростатическое  поле.  Если  поместить  в  эту  точку 



заряд равный 1 мкКл, то на него будет действовать сила 0.1 Н.  

a.  Какая 

сила 

будет 


действовать 

на 


заряд 

мкКл, 



помещеный 

в 

эту 



точку?__________________ 

b.   Чему будет равна напряженность электрического поля, в данной точке?__________________ 

3.  В  некоторой  точке  пространства  создано  электростатическое  поле.  В  данную  точку  поместили 

положительный  заряд,  на  который  начала  действовать  сила  F,  направленная  как  показано  на 

рисунке. 

        a.  Нарисуйте  силу,  которая  будет  действовать  на  отрицательный  заряд,  помещенную  в  данную 

точку пространства. 

        b. Нарисуйте направление напряженности электостатического поля. 

4.  Выберите факторы, влияющие на напряженность электроститического поля: 

a.  Величина зарядов, создающих электрическое пое. 

b.  Величина пробного заряда 

c.  Сила, действующая на пробный заряд 

d.  Расстояние  между  зарядами,  создающими  электростатическое  поле  и  точкой,  где  оно 

создается. 

5.  Определите  напряженность  электрического  поля,  которое  создает  точечный  заряд  10  мкКл,  на 

расстоянии 10 см, если на это расстояние поместить заряд 1 мкКл. 

 

Напишите расчетную формулу и численный ответ_________________________________ 



6.  Определите напряженность электрического поля, которое создают два точетных заряда (1 мк Кл и -

2 мкКл) расположенных на расстоянии 20 см друг от друга: 

a.  в  точке  расположенной  посредине  между  зарядами  (нарисуйте  заряды  и  укажите 

направление напряженности в указанной точке) 

 

 

b.  в  точке  расположенной  на  одной  прямой  с  зарядами  на  расстоянии  20  см  от 



положительного заряда. 

 

 



c.  в точке, расположенной на рассоянии 20 см от каждого из зарядов.  

 

 

7.  Представляя каждый положительный заряд как источник, испускающий жидкость, а отрицательный 

как  место  стока  жидкости  нарисуйте  картину  линий  напряженности  создаваемых  слеующими 

зарядами: 

8.  Линии напряженности электростатического поля изображены на рисунке.  

а) Нарисуйте напряженность электростатического поля в точке 1 и 2 

б) Нарисуйте силу, котороая действует на положительный заряд, помещенный в 

точку 1. 

в)  Нарисуйте  силу,  которая  действует  на  отрицательный  заряд, 

помещенный в точку 2. 

г)  В какой точке 1 или 2 напряженность электрического поля больше. 

F  

q  


-­‐2q  

3q  


q  

-­‐q  


q  

-­‐q  


2  

1  


д)  Нарисуйте  приблизительную  траекторию  положительного  заряда  (заряженной  пылинки, 

помещенной в точку 1) 

е)  Диполем назвается частица, обладающая одинаковым полжительным и отрицательным зарядами, 

разделенными  в  пространстве.  Диполь  можно  представить  как  гантельку,  у  который  один  из  грузов  имеет 

положительный  заряд,  а  второй    -  отрицательный.    Предположим  диполь  поместили  в  точку  где-то 

посредине между точками 1 и 2. Нарисуйте как развернется заряд в электростатическом поле. 

Как будет направлена суммарная сила, действующая на диполь. 

Свяжите  этот  факт  с  явлением  притягивания  нейтральной  по  заряду  пыли  к  заряженнному  телу 

(например экрану телевизона). 

9.  Однородное  электростатическое  поле  имеет  напряженность  1000  В/м.    Определите  ускорение, 

которое будет иметь в этом поле электроны и протоны. 

 

 



 

 

 



10.  Чему должно быть равна напряженность однородного электоростатического поля и как оно должно 

быть направлено, чтобы пылинки, массой 1 мг и зарядом 1нКл свободно бы парили в нем. 

 

 


7.3 Потенциальная энергия. Потенциал. Разность потенциалов. 

1. 


Почему  электрические  силы,  возникающие  между  электрическими  зарядами  связаны  с 

потенциальной энергией (выберите правильное утверждение). 

a. Потому, что работа электрических сил над любым зарядом всегда одинакова. 

b. 


Потому,  что  работа  электрических  сил  не  зависит  от  того,  как  двигается  заряд,  а  зависит 

только от того откуда и куда переместился заряд. 

c. Потому, что мы заранее можем расчитать, какую работу совершит электрическое поле над зарядом, 

если мы знаем откуда и куда он будет перемещаться. 

d. 

Потому  что,  если  мы  перемещаем  заряд  по  замкнутой  траектории  в  электростатическом  



поле других зарядов, работа электростатического поля будет равна 0. 

2. 

Два  положительных  заряда  расположены  на  некотором  расстоянии  друг  от  друга,  им 

сблизили,  совершив  работу  10  Дж.  Как  изменится  их  общая  потенциальная  энергия? 

Увеличится/уменьшится в _______ раз. 

3. 

Точечный заряд находится в однородном электрическом поле.  Заряд начинает двигаться в 

поле,  и  поле  соверает  над  ним  работу  200  Дж.  Как  изменится  потенциальная  энергия  заряда? 

Увеличится/уменьшится в _________раз. 

4. 


Два  заряда  1мкКл  и  -1  мкКл  находятся  на  расстоянии  20  см  друг  от  друга.    Определите, 

чему равна энергия взаимодействия зарядов?  



Напишите расчетную формулу и численное значение_________________________________ 

5. 


Заряд 1мкКл аходится в однородном электростатическом поле с напряженностью 2000 В/м.  

Определите  потенциальную  энергию  заряда______________.  Чего  не  хватает  в  условии  задачи?  

_________________ 

6. 


Заряд  1  мкКл  находится  в  однородном  электростатическом  поле  с  напряженностью  2000 

В/м. Как изменится потенциальная энергия заряда если он переместится на 10 см 

a. вдоль по направлению поля?_____________________ 

b. 


против направления поля_____________________ 

c. перпендикулярно направлению поля_____________________ 

7. 

Заряженная  частица  свободно  двигалется  в  электростатическом  поле.  При  перемещении 



частицы  из  точки  1  в  точку  2  потенциальная  энергия  заряда    увеличивается  на  25  Дж.  Как  при  этом 

изменяется его кинетическая энергия? 

8. 

Заряженная  частица  свободно  двигается  в  электростатическом  поле.  В  первоначальный 



момент потенциальная энергия частицы равна 10 Дж, а ее кинетическая энергия равна 5 Дж. 

a. Определите максимальную потенциальную энергию, которая может иметь частица______________ 

b. 

Определите кинетическую энергию частицы в момент, когда потенциальная будет равна 10 



Дж. 

9. 


Две  заряженные  частицы  имеют  заряды  1  мкКл  каждая  и  находятся  на  расстоянии  1  см. 

Одна  частица  закреплена,  вторая  двигается  свободно.  Какую  скорость  приобретет  вторая  частица  на 

бесконечноси. Масса частицы 0.1 г. 

a. 

Напишите уравнение закона сохранения энергии_____________ 

b. 

Напишите формулу для расчета скорости и численное значение_________________  

10. 


Потенциал 

является 

характеристикой 

(подчеркните 

нужное)

напряженности 

электрического поля, электрического поля в данной точке, пробного заряда. 

11. 


Если точечный заряд 1 мкКл поместить в определенную точку электоростатического поля, 

его потенциальная энергия будет равна 10 Дж.  

a. Какой потенциальной энергией в данной точке будет обладать заряд 2 нКл?________ 

b. 


Чему равен потенциал электростатического поля в данной точке пространства?________ 

12. 


Определите потенциал создаваемый точечным зарядом 2 мкКл на расстоянии 10 см от него, 

если величина пробного заряда равна 1 мкКл.  



Напишите расчетную формулу и численное значение________________________ 

13. 


Определите  потенциал,  создаваемый  двумя  точечными  зарядами  по  1  мкКл, 

расположенными  на  расстоянии  20  см  друг  от  друга  в  точке,  находящейся  посредине  между 

ними.________________________ 

14. 


Что  происходит  с  потенциалом  в  однородном  электростатическом  поле  в  направлении  в 

доль поля: (подчеркните) увеличивается, уменьшаетя, остается без изменения. 

15. 

Заряженная  частица  с  зарядом  1нКл  перемещается  из  точки  с  потенциалом  5  В  в  точку  с 



потенциалом  -15  В.  Определите  работу,  совершенную  при  этом  над  зарядом  электростатическими 

силами___________________________ 



 

 

 



 

 

 



7.4. Напряженность. Потенциал. 

1. 


Точечный заряд  1 1мкКл находится в однородном поле напряженностью 1000 В/м. Заряд 

перемещается на 10 см вдоль направления поля. Определите: 

a.  На сколько изменится потенциал: уменьшится/увеличится на __________В 

b.  Какая работа совершена над зарядом электростатическими силами_____________ 

c.  На сколько изменится кинетическая энергия этого заряда___________________ 

2. 


Заряженная  частица  20  мкКл  находится  в  точке  с  потенциалом  2000  В  и  двигается  со 

скоростью  10  м/с.  Двигаясь  под  действием  электростатического  поля  она  перемещается  в  другую  точку 

поля, меняя скорость до 11 м/с. Масса заряженной частицы 1 мг. Определите: 

a.  Потенциальнаю энергию частицы в начальной точке.___________________ 

b.  Потенциал поля в конечной точке.__________________ 

c.  Точку с каким максимальным потенциалом может достигнуть данная частица?_____________ 

3. 

Два заряда 1 мКл и -2 мКл находятся на расстоянии 10 см друг от друга.  



a.  Определите потенциал точки, расположенной на 10 см от обоих зарядов. 

 

 



 

b.  Определите энергию заряда 3 мкКл, помещенного в эту точку? 

 

 

 



c.  Какую  работу  нужно  совершить  над  зарядом  3  мкКл,  чтобы  переместить  его  на 

бесконечность? 

 

 

 



d.  Какую  работу  нужно  совершить  над  зарядом  3  мкКл,  чтобы  переместить  его  в  точку, 

расположенную посредине между зарядами. 

 

 

 



4. 

Электрон  влетает  со  скоростью  100  м/с  в  однородное  электростатическое  поле  с 

напряженностью  1000  В/м.    Определите  расстояние  которое  может  пролететь  электрон  по  направлению 

против поля? 

 

 

 



5. 

На  некотором  расстоянии  от  точечного  заряда  напряженность  электрического  поля 

составляет 100 В/м, а потенциал равен 10 В.  Какой потенциал будет  в точке, где напряженность равна 25 

В/м  (подсказка: вспомните как зависит напряженность и потенциал от расстояния до 



точечного заряда)

6. 


Линии напряженности электростатического поля изображены на 

рисунке.  Что  можно  сказать  про  изменение  модуля  напряженности  и 

потенциала при перемещении из 1 в 2? 

a. 


Модуль напряженности растет/не меняется/убывает 

b. 


Потенциал растет/не меняется/убывает. 

7. 


Металлический шарик с зарядом 10 мкКл приводят в соприкосновение с другим таким же 

незаряженным шариком. Какая сила будет действовать  между шариками после этого, если их разместить на 

расстоянии 1 м друг от друга? 

8. 


Заряженная отрицательно пылинка массой 1 мг свободно парит в электростатическом поле 

напряженностью 1000 В/м.  

a. 

Сделайте  рисунок  (изобразите  направление  напряженности  и  силы,  действующие  на 



пылинку). 

 

 



b. 

Напишите 2 закон Ньютона для пылинки. 

 

 

c. 



Определите заряд пылинки. 

 

 



 

d. 


Определите количество лишних электронов у пылинки. 

2  


1  

Практическая работа по теме: «Конденсаторы». 

Найдите ответы на следующие вопросы. 

 

1.  Что такое конденсатор.  (Наити 2-3 определения. Сравнить. Выбрать наиболее понятное). 



2.  Какое назначение у конденсатора. (Привести примеры. Подобрать небольшие заметки к каждому 

примеру, сослаться на источник). 

3.  Устройство простейших конденсаторов. Найти картинку. Написать комментарий к частям. 

4.  Характеристики конденсаторов. (Написать: как называются, что показывают). 



 

 

Каталог: sites -> default -> files
files -> Мұратбеков Сайын
files -> ҚазҰТУда «Ерлігі жүрегінде елінің» атты Зейнеп Ахметовамен кездесу өтті
files -> Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрінің
files -> Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрінің
files -> БАҒдарламасын дамыту жолдары ақашева Ә. С г.ғ. к., доц., Дүйсебаева К. Ж. г.ғ. к., доц
files -> А. Т. Селкебаева
files -> Бағдарламасы (оқыту қазақ тілінде жүргізілетін мектептер үшін) Түсінік хат
files -> Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрінің


Поделитесь с Вашими друзьями:


©emirsaba.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет