Урок №2/4
Тема №2: «Напряжённость электрического поля. Графическое изображение электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Однородное электрическое поле.»
I Тест на проверку качества усвоения предыдущей темы ( в приложении – ТС-25).
II Объяснение новой темы.
1 Напряжённость электрического поля.
Рассмотрим электростатическое поле, созданное точечным положительным зарядом Q. Это поле в любой точке можно характеризовать силой, действующей на пробный заряд q, помещённый в эту точку.
Пробный заряд должен быть настолько мал, чтобы его внесение в исследуемое поле не изменяло поле, т. е. не вызывало перераспределение заряда Q. Пробный заряд выбирают положительным по знаку.
По закону Кулона сила отталкивания, действующая на пробный заряд +q, равна
Fq = kQq/r2 (3)
Как видно, сила Fq зависит не только от заряда +Q, но и от пробного заряда q. Это неудобно для характеристики поля, созданного зарядом Q. Отношение силы, действующей на пробный заряд q, к величине этого заряда не зависит от его величины.
Напряжённость электростатического поля – векторная физическая величина, равная отношению силы Кулона, с которой поле действует на пробный положительный заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда:
E = Fq/q (4)
Напряжённость поля – силовая характеристика электростатического поля.
С учётом формулы (3) напряжённость поля, созданного точечным положительным зарядом Q, в точке, находящейся на расстоянии r от него, равна
E = kQ/r2 (5)
Напряжённость электростатического поля в данной точке пространства численно равна силе Кулона, с которой поле действует на пробный единичный положительный заряд, помещённый в этой точке.
[E] =1 Н/Кл
Направление вектора напряжённости совпадает с направлением силы Кулона, действующей на единичный положительный заряд, помещённый в данную точку поля и противоположна направлению силы, действующей на единичный отрицательный заряд (рис.2).
Зная напряжённость поля в какой – либо точке пространства, можно найти силу, действующую на заряд q, помещённый в эту точку:
Fq = Eq (6)
|
|
Рис.2
2 Графическое изображение электрического поля. Однородное электрическое поле.
Для того, чтобы составить представление о распределении электростатического поля в пространстве, можно показать векторы напряжённости в некоторых точках.
Для большей наглядности электростатическое поле представляют непрерывными линиями напряжённости (рис.3).
Рис.3 |
|
Рис.4
Рис.5а
Рис.5б
Рис.6
Линии напряжённости – линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора напряжённости электростатического поля в данной точке.
Линии напряжённости поля не пересекаются (в противном случае напряжённость не имела бы определённого направления в данной точке).
Линии напряжённости поля, созданного точечным положительным зарядом, направлены радиально от заряда, т. к. пробный заряд в любой точке отталкивается от него. Положительный заряд является источником линий напряжённости (рис.4)
Линии напряжённости поля, созданного точечным отрицательным зарядом, направлены радиально к заряду, т. к. пробный заряд в любой точке притягивается к нему. Отрицательный заряд является стоком линий напряжённости.
Модуль напряжённости поля пропорционален степени сгущения линий напряжённости электростатического поля (рис.5).
Электрическое поле, векторы напряжённости которого одинаковы во всех точках пространства, называется однородным.
3 Принцип суперпозиции полей.
Силы, действующие на единичный положительный заряд в данной точке со стороны других зарядов, не зависят друг от друга. Согласно принципу суперпозиции сил, результирующая сила, действующая, например, на единичный положительный заряд, равна векторной сумме сил, с которыми на него действует каждый заряд. Учитывая определение напряжённости поля, можно сформулировать принцип суперпозиции электростатических полей:
Напряжённость поля системы зарядов в данной точке равна геометрической (векторной) сумме напряжённостей полей, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности:
Е = Е1 + Е2 + … + Еn (7)
Принцип суперпозиции позволяет рассчитать напряжённость поля, созданного произвольной системой зарядов.
Рис.7
Рис.8
IV Решение задач на закрепление изученной темы.
1 Напряжённость поля в точке А направлена на восток и равна 2∙105 Н/Кл. Какая сила и в каком направлении будет действовать -3 мкКл?
2 Определите напряжённость поля, созданного протоном на расстоянии 5,3∙10-11 м от него. Какая сила действует на электрон, находящийся в этой точке?
3 Определите ускорение электрона в точке В, если напряжённость поля в этой точке равна 1,3∙1011 Н/Кл.
4 На точечный заряд q = 2мкКл действует сила F = 9 Н со стороны другого точечного заряда Q. Найдите напряжённость электростатического поля, созданного зарядом Q, в точке, находящейся посередине расстояния между зарядами Q и q.
5 Два одинаковых точечных положительных заряда q = 10 мкКл находятся на расстоянии L = 12 см один от другого. Найдите напряжённость поля в точке А, находящейся посередине расстояния между зарядами. Определите напряжённость поля, созданного зарядами, в точке В, лежащей на перпендикуляре, восставленном из точки А, если АВ = х = 8 см.
