Логотип Инфоурока

Получите 30₽ за публикацию своей разработки в библиотеке «Инфоурок»

Добавить материал

и получить бесплатное свидетельство о размещении материала на сайте infourok.ru

Инфоурок Физика КонспектыПлан-конспект урока №5 "Работа электрического поля"

План-конспект урока №5 "Работа электрического поля"

Урок 6 Работа электростатического поля. Разность потенциалов.

Эквипотенциальная поверхность.

Задачи урока:

  • ввести понятие работы электрического поля, потенциала, разность потенциалов;
  • получить формулы для вычисления работы электрического поля, разности потенциалов;
  • формировать умения выделять и характеризовать физические явления.

План урока

1. Повторение пройденного материала.

Самоконтроль №1 «Проверь, как изучил материал?»

2. Новый материал:

Работа электрического поля.

Потенциал. Разность потенциалов.

Эквипотенциальная поверхность

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

4. Итоги урока.

5. Домашнее задание.

 

Ход урока.

1.Повторение. «Проверь, как изучил материал!».

Ответь на поставленные вопросы, результат запиши в тетрадь!

 

1. Заряжается корпус электроскопа. Почему происходит заметное отклонение стрелки, если коснуться стержня рукой?   
2. 
В чем различие процессов происходящих в проводнике и диэлектрики, помещенных в электрическое?

Выполни задачу, оформив решение в тетради!

1.       

1.      Определите напряженность поля заряженного металлического шара на расстоянии 2 и 4 см от центра шара, если его радиус составляет 3 см,  а заряд равен 10-8 Кл.

 

 

1.      Новый материал.

Работа электрического поля.

 

Познакомимся с энергетическими характеристиками электрического поля. Основные вопросы, которые нас заинтересуют, будут следующие:

1.      Обладает ли электрическое поле энергией?

2.      В чем это выражается?

3.      Как рассчитать энергию тела?

Заряженная частица, находясь в электрическом поле, будет испытывать действие кулоновской силы, и под действием этой силы перемещается из точки 1 в точку – 2. Электрическое поле совершает – работу.

Из механики известна формула определения работы постоянной силы:

A = F*S*cosα

В однородном поле сила постоянна, перемещение S = d = x2x1 тогда работа однородного электростатического поля по перемещения заряженной частицы между заряженными пластинами:

 

A = Fd=qEd,

                                                                         A = qEd,    

Рассмотрим работу поля на участках 1-2, 2-3, 3-1:

 

 A1 = Fd1 cos a , но d1 cos a = d, A= qEd

A = A1

A1,2,3,1 = A1,2 + A2,3 + A3,1

рис. 1

A1,2,3,1 = qEd1 cos a + Eqh cos 90° + Eqd cos 180° = qEd + 0 + ( - qEd) 

A1,2,3,1 =0

т. е. работа при перемещении заряда между двумя точками в электростатическом поле не зависит от формы траектории, а зависит от положения этих точек.

Работа по замкнутой траектории равна нулю.

Электростатическое поле, как и гравитационное, потенциальное. Электростатические силы, как и гравитационные, относятся к консервативным (потенциальным) силам. Работа консервативных сил равна изменению потенциальной энергии взятому с противоположным знаком.

A =∑∆Ai = - (W2 - W1) = - ∆ Wп

A = - Wп

Потенциальная энергия W заряда q в однородном электростатическом поле напряженностью E на расстоянии  d от 0 потенциального уровня  

Wп = Eqd

Потенциал

Напряженность электрического поля определяет силу, действующую на заряд в данной точки поля. Из опыта известно, что заряженное тело (гильза) в электрическом поле приобретает возможность совершить работу. Поэтому, в качестве энергетической характеристики поля в данной точке используют потенциал φ.  Эта физическая величина определяет потенциальную энергию  заряда q в  данной точки поля.

Потенциал электростатического поля — отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду:

  (1.9)

Выражается потенциал в вольтах:

Потенциал φ не зависит от заряда q, помещенного в данную точку поля.

Для однородного поля 

потенциал зависит от напряженности E и от расстояния d от данной точки поля до нулевого потенциального уровня. 

рис. 2

Работа поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки электрического поля в бесконечность характеризует потенциал в данной точке поля созданного точечным зарядом Q,  смотри рис. 2.

 

где Q — заряд создающий поле, R — расстояние от данной точки поля до заряда Q. Потенциальная энергия электрического взаимодействия системы n точечных зарядов qi  равна

Wп = 1/2 i

Здесь φ i — потенциал поля в точке, где находится заряд qi. Если поле создано двумя зарядами, то выполняется следствие принципа суперпозиции полей.

φ= φ 1 + φ 2

Потенциал поля, созданного несколькими заряженными телами, равен алгебраической сумме потенциалов отдельных полей, создаваемых в данной точке пространства каждым из заряженных тел:

φ= φ1 + φ2+...+ φn

Потенциал заряженного шара

рис. 3

в вакууме:

φ внутри шара = φ на поверхности шара.

На расстоянии r (r > R) от центра шара потенциал находят: 

 

Разность потенциалов

 

A = - (W2 - W1) = - (φ2 - φ1)q = - ∆ φq,

A = q0 (1.15)

Разность потенциалов (напряжение) характеризует работу поля по перемещению единичного положительного заряда (1 Кл) из начальной точки в конечную.

рис. 4

рис. 5

Единица разности потенциалов

Напряжение — разность значений потенциала в начальной и конечной точках траектории.

Связь между E и U

Однородное поле

A = Eqr,     A = Uq,      Eqr = Uq,

(1.13)

рис. 6

При U - const E больше, если r меньше

При r - const E больше, если U больше

Если U = 0, то E = 0, поля нет

Из рис. 6 учтя, что A > 0, при q > 0, то U > 0, т.е. φ1 - φ2 > 0  и j> j2

.Вектор напряженности E направлен в сторону убывания потенциала.

При q < 0, A > 0, если φ1 - φ2 < 0, т.е. φφ2.

Отрицательно заряженная частица перемещается в сторону возрастания потенциала (против силовой линии) под действием поля.

Единица напряженности E = В/м     (Н/Кл = В/м).

Эквипотенциальные поверхности

Поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал, называют эквипотенциальной.

A = FS cos a

 если a = 90° , то A = 0

φ 1 = φ 2 = φ 3 = φ4

Силовые линии перпендикулярны такой поверхности (см. рисунки ниже).

 

 

Измерение электрического напряжения (разности потенциалов)

Между стержнем и корпусом — электрическое поле. 

Измерение потенциала кондуктора.

Измерение напряжения на гальваническом элементе. 

Электрометр дает большую точность, чем вольтметр.

 

Потенциальная энергия взаимодействия точечных зарядов

Используя формулы (1.9) и (1.10), , учитывая, что q2 = Q, q1 = q, a r = R получим: 

 

 

Проверьте, как поняли теорию, выполнив самостоятельно задания:

Вариант 1

1. В электрическом поле перемещается заряд (рис. 1) из точки 1 в точку 2: сначала по траектории 1—2, а затем по траектории 1—3—2. В каком случае работа электрического поля будет большей?

А. По траектории 1—2. 

Б. По траектории 1—3—2. 

В. Работа по обеим траекториям одинакова. 

Г. Работа по обеим траекториям равна нулю

рис. 1

2. На рисунке 2 показаны силовые линии и две эквипотенциальные поверхности (А и В). В какой точке (С или D) больше напряженность поля, потенциал?

А. Напряженность и потенциал — в точке С. 

Б. Напряженность — в точке D, потенциал — в точке С. 

В. Напряженность и потенциал — в точке D. 

Г. В обеих точках напряженность и потенциал равны.

рис. 2

3. Сравните значение работы поля при перемещении заряда из точки А в точки В, С и D (рис. 3).

А. Работа наибольшая при перемещении заряда из точки А в D, наименьшая — из А в В. 

Б. По любой траектории работа равна нулю. 

В. Работы равны.

рис. 3

4. Как изменится кинетическая энергия электрона при его перемещении к положительному заряду (рис. 4)?

А. Увеличится. 

Б. Уменьшится. 

В. Не изменится.

рис. 4

5. Что можно сказать о напряженности и потенциале поля в точке А (рис. 5), расположенной на равном расстоянии от одноименных зарядов равных по величине?

А. E = 0,  φ = 0. 

Б. φ = 0, E 0. 

В. φ 0, E = 0.

рис. 5

6. Пройдя разность потенциалов 1000 В, заряд приобрел скорость 105 м/с. Какую скорость приобретает заряд, если D j = 10 В?

А. 103 м/с. 

Б. 104 м/с. 

В. 105 м/с.

7. Потенциальная энергия взаимодействия одноименных зарядов равна 3 · 10-4 Дж. Как изменилось расстояние между этими зарядами, если энергия увеличилась в 9 раз?

А. Уменьшилось в 3 раза. 

Б. Увеличилось в 9 раз. 

В. Уменьшилось в 9 раз.

                                                                        Итоги урока.

·        Заряженные частицы в электростатическом поле обладают потенциальной энергией.

·        При перемещении частицы из одной точки поля в другую электрическое поле совершает работу, не зависящую от формы траектории.

·        Эта работа равна изменению потенциальной энергии, взятой со знаком минус.

Домашние задание:

Учебник:  Г. Я. Мякишев и др. Физика: 10-11 кл., Электродинамика. М-2006.

1.§ 1.17 – 1.20, стр. 91

2.§ 1.23. Примеры решения задач.

 

 


 

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал
Скачать тест к материалу

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 479 045 материалов в базе

Материал подходит для УМК

  • «Физика. Электродинамика (углублённый уровень)», Мякишев Г.Я., Синяков А.З.

    «Физика. Электродинамика (углублённый уровень)», Мякишев Г.Я., Синяков А.З.

    Тема

    § 1.17. Потенциальность электростатического поля

    Больше материалов по этой теме
Скачать материал
Скачать тест к материалу

Другие материалы

План-конспект урока №3. "Напряженность - силовая характеристика электрического поля"
  • Учебник: «Физика. Электродинамика (углублённый уровень)», Мякишев Г.Я., Синяков А.З.
  • Тема: § 1.9. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей
«Физика. Электродинамика (углублённый уровень)», Мякишев Г.Я., Синяков А.З.
  • 29.11.2021
  • 161
Самостоятельная работа по физике "Фазовые переходы. Влажность" (10 класс)
  • Учебник: «Физика (углублённый уровень)», Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Эвенчик Э.Е. и др. / Под ред. Пинского А.А., Кабардина О.Ф.
  • Тема: § 20. Агрегатные состояния и фазовые переходы
«Физика (углублённый уровень)», Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Эвенчик Э.Е. и др. / Под ред. Пинского А.А., Кабардина О.Ф.
  • 29.11.2021
  • 109

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    Скачать тест к материалу
    • 29.11.2021 128
    • DOCX 162.5 кбайт
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Говорухин Юрий Юрьевич. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Пожаловаться на материал
  • Автор материала

    Говорухин Юрий Юрьевич
    Говорухин Юрий Юрьевич
    • На проекте: 6 лет и 3 месяца
    • Подписчики: 1
    • Всего просмотров: 30001
    • Всего материалов: 16