Презентация по физике на тему "Решение задач по теме Электростатика"

• 1 слайд

  Решение
  задач
  по теме
  «Электростатика»
  Составила Хренова Ольга Юрьевна,
  учитель физики СОШ № 5
  г.Павлодара
  

• 2 слайд

• 3 слайд

  Напряженность электрического поля:
  - для точечного заряда;
  - для заряженной плоскости.
  Потенциал поля, создаваемого шаром:
  1) - внутри шара;
  2) - на поверхности шара радиусом R;
  
  - вне шара, r – расстояние от центра шара;
  
  4) - для точечного заряда.
   
  
  
  
  
  

• 4 слайд

  Электроемкость
  для уединенного провода
  для плоского конденсатора
  для плоского конденсатора, состоящего из n пластин
  для заряженной сферы
  Энергия заряженного конденсатора
  

• 5 слайд

  Задача .
  Металлическому шарику радиусом 30 см сообщен заряд 6 нКл. Напряженность (или потенциал) электрического поля:
  а) на поверхности шара…
  б) внутри шара…
  в) на расстоянии 10 см от поверхности шара…
  Решение.
  Напряженность электрического поля, создаваемого заряженным шаром:
  1) Е = 0 – внутри шара;
  2) Е = - на поверхности шара, R – радиус шара;
  
  3) Е = - вне шара, r – расстояние до центра шара.
  Значит:
  а) Е = 9 ·109 · = 600 В/м = 600 Н/Кл – на поверхности.
  б) Е = 0 – внутри шара;
  в) Е = 9 ·109 = 337,5 Н/м - вне шара.
  
  
  

• 6 слайд

   
  Задача .
  
  Если ОА=АВ, то напряженности электрического поля заряда q в точках А и В находятся в соотношении…
  Решение
  ;
  OB = 2AO
  
  Аналогичное задание: Если ОА=АВ, то потенциалы электрического поля заряда q в точках А и В находятся в следующем соотношении
  
  

• 7 слайд

  Задача .
  Дана зависимость потенциала электрического поля от
  координаты. Напряженность поля равна нулю на участке…
  Решение:
  
  
  Напряженность связана с разностью
  потенциалов соотношением
  
  Е=0, значит,
  Это участок 2-3
  

• 8 слайд

  Задача .
  Электрическое поле изображено на рисунке. Потенциалы
  в точках 1 и 2 поля находятся в соотношении
  Решение:
  
  
  Необходимо помнить,
  что векторы напряженности
  всегда направлены от «+» к «-»
  в сторону уменьшения потенциала.
  Значит,
  φ1< φ2
  

• 9 слайд

  Задача .
  Электрическое поле в вакууме создано четырьмя точечными положительными зарядами, размещенными в вершинах квадрата со стороной а. Потенциал в центре квадрата равен …
  Решение
  По принципу суперпозиции электрических полей
  
  
  (т.к. заряды равны, расстояния от них до точки 0 одинаковы)
  Для точечного заряда
  
  - по теореме Пифагора, значит
   
  
  
  
  Аналогичное задание есть для двух положительных и двух
  отрицательных зарядов. В этом случае получаем соотношение
  

• 10 слайд

  Задача .
  Поле создается зарядами q1=5.10-6Кл и q2=4.10-6Кл,находящимися в вершинах треугольника А и В. Если АВ= 30см, ВС= 40см, АС= 50см, то потенциал электрического поля в вершине С, равен
  Решение:
  По принципу суперпозиции электрических полей
  Для точечных зарядов
  Находим значения потенциалов
  Находим результирующий потенциал
  

• 11 слайд

  Задача .
  Заряженные металлические шары, радиусы которых R и 2R,имеют одинаковую поверхностную плотность заряда σ. Отношение потенциала меньшего шара к потенциалу большего шара равно…
  
  Решение:
  Поверхностные плотности равны
  Площадь поверхности шара
  Тогда
  , или
  
  Значит,
  Потенциалы шаров
  Поэтому
  

• 12 слайд

  Задача .
  Заряды +10-8Кл и - 4.10-8Кл находятся на расстоянии 20 см друг от друга. Напряженность электрического поля посередине прямой, соединяющей эти заряды, равна…
  Решение:
  Вектор напряженности всегда направлен от «+» к «-»
  По принципу суперпозиции электрических полей
  Векторы направлены одинаково, значит,
  Напряженность поля точечного заряда
  ,
  ,
  

• 13 слайд

  Задача.
  В вершинах квадрата расположены равные по модулю заряды +q, +q, -q, -q
  ( см.рис.). Вектор напряженности электрического поля в центре квадрата
  направлен по стрелке
  Решение:
  По принципу суперпозиции электрических полей
  Напряженности отдельных зарядов направлены от «+» к «-»
  Так как значения зарядов по модулю одинаковые и расстояния от вершин
  до центра квадрата так же одинаковы, модули векторов всех четырех
  напряженностей тоже равны
  Строим вектора и находим их геометрическую сумму.
  
  

• 14 слайд

  Задача .
  В трех вершинах квадрата со стороной 0,4 м находятся одинаковые положительные заряды по 5.10-9Кл. Напряженность электрического поля в четвертой вершине…
  Решение:
  Векторы напряженности всегда направлены от плюса к минусу. По принципу суперпозиции электрических полей
  Найдем геометрическую сумму векторов
  Переходим к скалярному виду
  Т.к. все заряды одинаковы и расстояния до 1- ого и 3- его зарядов
  так же одинаковы, то
  , тогда
  

• 15 слайд

  
  
  
  Задача.
  Два точечных заряда q1= 2q и q2= -q находятся на расстоянии d друг от друга. На прямой, проходящей через эти заряды, есть точка, напряженность поля в которой равна нулю. Расстояние до этой точки от второго заряда d1 равно…
  Решение:
  Поле создано двумя зарядами, значит,
  по принципу суперпозиции полей
  Т.к. напряженность равно нулю, то векторы д.б.направлены в
  противоположные стороны и равны по модулю. Заряды разноименные,
  для них такие точки находятся на прямой, с одной стороны от обоих
  зарядов (например: точки А и В)
  Для точечного заряда
  т.е.чем больше по модулю заряд, тем больше д.б.расстояние
  до точки. Этому условию удовлетворяет точка В.
  Сделаем вывод:
  

• 16 слайд

  , или
  Значит
  

• 17 слайд

  Задача .
  Положительно заряженный шарик массой 0,18 г и плотностью 1800 кг/м3 находится в равновесии в жидком диэлектрике плотностью 900 кг/м3. В диэлектрике имеется однородное электрическое поле напряженностью
  45 кВ/м, направленной вертикально вверх. Найти заряд шарика
  Решение:
  На шарик действует три силы: сила тяжести, сила со стороны электрического поля, выталкивающая сила, действующая со стороны жидкого диэлектрика. Шарик находится в равновесии, значит
  При переходе к проекции получаем выражение Значит .
  
  
  
  .
  

• 18 слайд

  Задача .
  На шелковой нити в воздухе висит неподвижно шарик массой 2г, имеющий заряд 3.10-8Кл.Если под шариком на расстоянии 10 см от него поместить другой шарик с одноименным зарядом 2.10-7Кл, то сила натяжения нити…
  Решение:
  На шарик действуют 3 силы:
  сила тяжести, сила натяжения нити и
  сила электрического отталкивания.
  Тело находится в равновесии, значит,
  по первому закону Ньютона
  Перейдем к проекциям
  , где
  Тогда
  Подставив числовые значения, получаем результат
  

• 19 слайд

  Задача .
  Напряжение между двумя горизонтально расположенными пластинами 600 В.В поле этих пластин находится в равновесии заряженная пылинка массой 3.10-8 г. Расстояние между пластинами 10 см. заряд пылинки равен…
  Решение:
  Пылинка находится в равновесии, значит,
  По определению напряженности
  Значит
  и
  Напряженность можно выразить через напряжение
  Тогда
  

• 20 слайд

  Задача .
  Одинаковые металлические шарики с зарядами 10 нКл и 40 нКл находятся на расстоянии 10 см друг от друга. Шарики привели в соприкосновение. Чтобы сила взаимодействия между ними осталась прежней, их нужно развести на расстояние
  Решение:
  Силу взаимодействия между зарядами определяем по закону Кулона
  При соприкосновении шариков происходит перераспределение зарядов так,
  что потенциалы становятся равными. Т.к.шарики одинаковые, то и заряды
  на них станут равными
  По закону сохранения электрического заряда суммы зарядов до и после
  соприкосновения будут одинаковыми.
  , тогда
  . По условию задачи
  

• 21 слайд

  Задача .
  Заряды 90 и 10 нКл расположены на расстоянии 4 см друг от друга. Где надо разместить третий заряд, чтобы силы, действующие на него со стороны двух других зарядов, были равны по модулю и противоположны по направлению.
  Решение:
  Т.к.заряд находится в равновесии, то силы, действующие на него равны по модулю. Силы взаимодействия между первым и третьим, вторым и третьим зарядами определим по закону Кулона
  
  (Оба заряда положительны, модуль убираем)
  

• 22 слайд

  Задача .
  Между анодом и катодом диода приложено напряжение 100 В. Если каждую секунду из катода Эмитирует 1016 электронов, то за 1 час электрическое поле совершает работу …
  (е = 1,6·10 -19Кл).
  Решение
  
  
  
  
  .
  
  – работа электрического тока
  

• 23 слайд

  
  
  Задача.
  Точки А, В, С, Д, Е находятся на окружности, в центре которой находится заряд Q. Из точки А в точки В, С, Д, Е перемещали один и тот же заряд q. Работа по перемещению заряда
  Решение:
  Работа электрического поля
  Поле создается зарядом Q, рассматриваются потенциалы,
  характеризующие данное поле
  Заряд один и тот же, расстояния от этого заряда до
  точек А, В, С, Д, Е одинаковы, значит, потенциалы
  будут одинаковы.
  (т.е.все точки лежат на одной эквипотенциальной поверхности)
  Разность потенциалов во всех четырех случаях равна нулю.
  Поэтому ответ: во всех случаях А= 0.
  

• 24 слайд

  Задача.
  В однородном электрическом поле по трем траекториям I, II и III (см.рис.) перемещается положительный заряд из точки 1 в точку 2. работа сил электрического поля…
  Решение:
  Необходимо сравнить работы.
  Надо помнить, что работа электрического поля по перемещению заряда не зависит от формы траектории, а только от самого заряда и разности потенциалов между начальной и конечной точками
  движения. А они в данном случае одинаковы, значит,
  работа одинакова во всех трех случаях.
  

• 25 слайд

  Задача .
  Двигаясь в электрическом поле, протон перешел из одной точки в другую, потенциал которой выше на 1В. При этом потенциальная энергия протона (q = 1,6.10-19 Кл)
  Решение:
  Работа электрического поля
  С другой стороны, работа равна изменению потенциальной энергии,
  взятому со знаком «-»
  , или,
  φ1< φ2 на 1В, значит,
  Тогда
  Результат больше нуля, значит,
  потенциальная энергия увеличилась на 1,6.10-19 Дж
  

• 26 слайд

  Задача .
  В однородном электрическом поле напряженностью 120 кВ/м переместили заряд 5 нКл. Вектор перемещения равен по модулю 20 см и образует угол 600 с направлением силовой линии.
  Работа, совершенная полем равна…(cos600=0,5)
  Решение:
  Работа электрического поля
  где d- это смещение вдоль силовой линии, поэтому
  Значит,
  

• 27 слайд

  Задача .
  Чтобы сблизить заряды 2.10-8 Кл и 3.10-8 Кл, находящиеся на расстоянии
  10 см, до расстояния 1 см, нужно совершить работу…
  Решение:
  Будем считать, что один заряд перемещается в поле, созданном другим
  зарядом, который остается неподвижным.
  Работа поля по перемещению заряда
  
  Потенциал поля второго заряда
  Тогда
  Подставляем числовые значения и получаем результат
  Работу совершают внешние силы, поэтому результат получился
  со знаком «-»
  

• 28 слайд

  Задача.
  Напряженность поля точечного заряда q=10-5 Кл в точке А равна ЕА=2,5кВ/м, а в точке В равна ЕВ=3,6 кВ/м. если из точки А в точку В перемещают заряд q0= 2.10-7 Кл, то модуль работы поля равна…
  Решение:
  Работа электрического поля
  Поле создается зарядом q, значит
  Тогда
  По напряженностям найдем расстояния
  . По модулю 6.10-4 Дж
  

• 29 слайд

  Задача.
  Если при внесении заряда 200 нКл из бесконечности в данную точку
  электрического поля совершена работа 0,4 мкДж, то потенциал поля точки,
  в которой находится заряд, равен
  Решение:
  Работа электрического поля
  Потенциал поля точечного заряда
  Так как заряд переносят из бесконечности, то потенциал в удаленной точке равен
  нулю, значит, искомый потенциал
  

• 30 слайд

  
  Задача .
  Воздушный конденсатор заряжен от источника напряжения и отключен от него. После этого расстояние между пластинами увеличили вдвое.
  При этом энергия электрического поля конденсатора…
  
  Решение.
  Т.к. конденсатор отключен от источника тока, то
  Для плоского конденсатора
  d увеличили в 2 раза емкость уменьшится в 2 раза, значит энергия увеличится в 2 раза. Если бы конденсатор остался подключенным к источнику тока, то , поэтому т.к. С уменьшилась в 2 раза, то и энергия уменьшилась в 2 раза.
  Обращать внимание подключен или нет конденсатор к источнику!!!
  

• 31 слайд

  Задача.
  Заряд плоского конденсатора со слюдяным диэлектриком равен 1,4.10-9 Кл. площадь каждой пластины 20 см2. Если диэлектрическая проницаемость слюды равна 7, то напряженность поля в диэлектрике…
  Решение:
  Электрическое поле создано между пластинами конденсатора,
  электроемкость которого определяем по формуле
  с одной стороны
  и
  как для плоского конденсатора.
  Напряженность и напряжение связаны соотношением
  Тогда, объединив все в одно выражение, получаем соотношение
  , значит,
  

• 32 слайд

  Задача.
  Плоский конденсатор имеет площадь пластин 2000 см2,расстояние между ними 0,5 мм. Между пластинами находится слюда с ε = 7 толщиной 0,3 мм, в остальной части- воздух. Емкость конденсатора ( ε 0=8,85.10-12Ф/м )
  Решение:
  Данную систему нужно рассматривать как 2 конденсатора, включенных последовательно.
  Для последовательного соединения двух конденсаторов находим общую электроемкость
  по сокращенной формуле
  Находим электроемкости для плоских конденсаторов по формуле