План-конспект урока №3. "Напряженность - силовая характеристика электрического поля"

Урок № 3: Напряженность  —  силовая характеристика электрического поля.

Задачи урока:

·         Ввести основную силовую характеристику электрического поля – напряжённость; изучить принцип суперпозиции электрических полей;

·         сформировать мировоззрение учащихся при описания идей дальнодействия и близкодействия.

·         Ввести понятие линий напряженности как средства описания электрического поля; умение анализировать рисунки.

План урока

1.      Повторение пройденного материала.

Самоконтроль №1 «Проверь, как изучил материал?»

2.      Новый материал:

Теории близко- и дальнодействия взаимодействия зарядов.

Определение электрического поля.

Напряженность - силовая характеристика электрического поля.

Принцип суперпозиции полей.

Графическое изображение электрических полей.

3.      Самоконтроль № 2 «Проверь, как понял теорию!»

4.      Итоги урока. Домашнее задание.

5.       

Ход урока.

1.      Повторение. Самоконтроль №1        «Проверь, как изучил материал!».

Ответь на поставленные вопросы, результат запиши в тетрадь!

1. В чем сходство и различие закона всемирного тяготения и закона Кулона.
2. Почему на концах эбонитовой палочки можно одновременно    получить два разноименных заряда?

3. Как осуществляется взаимодействие на расстоянии?

Выполни задачу, оформив решение в тетради!

1. Два одинаковых небольших шарика массой 0,1 г каждый подвешены на нитях длиной 25 см. После того как шарикам были сообщены одинаковые заряды, они разошлись на расстояние 5 см. Определить заряды шариков.

2.      Новый материал.

Исторически возникли две теории взаимодействия частиц:

1. Теория близкодействия (М. Фарадей).

Характеристика:

 взаимодействие объектов осуществляется посредством особой материальной среды – поля.

взаимодействие осуществляется с конечной скоростью. Наибольшая скорость передачи взаимодействия равна 300000 км/с.

2. Теория дальнодействия (мгновенное действие на расстоянии).

Характеристика:

взаимодействие объектов посредников, без среды.

взаимодействие осуществляется мгновенно.

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Идею М. Фарадея подтвердил Дж. Максвелл. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает. Максвелл сумел теоретически доказать, что электромагнитные взаимодействия должны распространяться в окружающем пространстве с конечной скоростью.

Существование определенного процесса в пространстве между взаимодействующими телами, который длится конечное время, — вот главное, что отличает теорию близкодействия от теории действия на расстоянии.

Электрическое поле

Особый вид материи, существующий независимо от нас, от наших знаний о нем, специфическим свойством которого является действие с некоторой силой и на неподвижные электрические заряды называется электрическим полем. 

Свойства электрического поля

1. Действует на неподвижный заряд с силой F.

2. Порождается неподвижными зарядами.

3. Способно совершать работу по перемещению заряда.

Электрическое поле, окружающее заряженное тело можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда — небольшого по величине точечного заряда, который не вносит заметного перераспределения исследуемых зарядов.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряженность электрического поля.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд q, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда.

Напряженность — векторная величина. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

И так: напряженность характеризует силу действующую на единичный положительный заряд в данной точке пространства.

 

Для поля точечного заряда

        

где Q — заряд, создающий электрическое поле; 

где q — пробный заряд. Единицы напряженности - выражается  в Н/Кл (В/м). 

Напряженность поля, созданного заряженным металлическим шаром

                  

                         

(1.6)

Принцип суперпозиции полей

Заряд q пробный. Внесен в поле, созданное зарядами q₁ и q₂.

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности.

       

          

 (1.5)

Следовательно, напряженность электрического поля создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке каждым из зарядов.

В этом состоит принцип суперпозиции полей, т. е. принцип независимого наложения полей.

Графическое изображение электрических полей.

Наглядной силовой характеристикой электрического поля являются линии напряженности (силовые линии электрического поля). Непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке через которую они проходят, совпадают с вектором напряженности в этой точке. Линии напряженности не пересекаются. Так как в каждой точке поля вектор напряженности имеет лишь одно направление.

Линии напряженности уединенного отрицательно заряженного шарика (рис.1).

рис. 1

рис.2

рис.3

Линии напряженности электростатического поля всегда не замкнуты: они начинаются на поверхности положительно заряженных тел (или в бесконечности) и оканчиваются на поверхности отрицательно заряженных тел (или в бесконечности) (см. рис. 1,2). Поле, созданное  неподвижными электрическими зарядами называется электростатическим. Поле, в котором вектор напряженности в любой его точке одинаков, называется однородным (см. рис. 3)

В любой точке поля плотность линий напряженности равна модулю напряженности поля в этой точке. Плотностью линии напряженности называют число линий, проходящее через единичную площадку перпендикулярную к ним.

Распределение поля по поверхности той или иной площади определяет поток напряженности электрического поля –

∆N = E * ∆S cosα

Теорема Гаусса для точечного заряда: Поток напряженности через замкнутую поверхность пропорционален электрическому заряду внутри этой поверхности.

3. Самоконтроль № 2 «Проверь, как понял теорию!»

1. Напряженность поля определена с помощью пробного заряда и равна E₀. Как изменится по модулю напряженность этого поля, если пробный заряд увеличить в 2 раза?

А. Не изменится 

Б. Уменьшится в 2 раза 

В. Увеличится в 2 раза

2. Как изменится по модулю напряженность электрического поля точечного заряда в точке А при увеличении точечного заряда в 2 раза и расстояния от заряда до точки А тоже в 2 раза?

А. Не изменится 

Б. Увеличится в 2 раза 

В. Уменьшится в 4 раза 

Г. Уменьшится в 2 раза

3. В некоторой точке поля на заряд q=10^-6 Кл действует сила 2 Н. Какая сила будет действовать на этот заряд, если напряженность поля увеличится в 3 раза?

А. 6 Н

Б. 2 Н 

           В. 2/3 Н

4. В какой из точек (1, 2, 3), указанных на рисунке 1, напряженность наибольшая, наименьшая, если расстояния r от заряда до точек равны?

рис.1

А. Наименьшая — 3, наибольшая — 2

Б. Наибольшая — 3, наименьшая — 2 

           В. Во всех точках Е равна по модулю

5. Какое направление имеет вектор Е в точке С, если поле создано равными по модулю зарядами (рис. 2)?

A. 2  Б. 4  В. 1  Г. 3           Д. 5

6. Металлический шар заряжен положительно. В какой из точек (О или А) напряженность поля больше (рис. 3)?

А. В точке А 

Б. В точке О 

         В. Напряженность поля в точках А и О равна нулю

рис. 3

7. Как направлена напряженность электростатического поля, созданного двумя равными зарядами, в точке на равном расстоянии от зарядов  рис. 4

А. Направлена в сторону заряда q₂

Б. Направлена в сторону заряда q₁

          В. Напряженность в точке О равна нулю.

8. Что называется силовой линией электрического поля?

А. Линия, вдоль которой перемещаются электрические заряды

Б. Линия, которая выходит из положительного заряда, а входит в отрицательный 

В. Линия, в каждой точке которой вектор напряженности направлен вдоль касательной к ней

9. Могут ли силовые линии пересекаться? 

А. Да 

Б. Нет 

В. В зависимости от среды

3. Могут ли силовые линии электростатического поля быть замкнутыми?

А. Да 

Б. Нет 

В. В зависимости от знака заряда, который создает электрическое поле

Итоги урока:  

Картина силовых линий наглядно показывает, как направлена напряженность электрического поля в различных точках пространства. По изменению густоты линий можно судить об изменении модуля напряженности поля при переходе от точки к точке.

Д/З: §1.7 – 1.12,  стр.88   упр.2 №2-4

 стр. 79 -  примеры решения задач