Азбука електростатики - електричне поле - електродинаміка - все уроки фізики 11 клас
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
Тіла, що мають здатність до електричних взаємодій, називають наелектрізованімі. Якщо наелектризоване тіло, кажуть, що воно має електричний заряд.
Ø Електричний заряд - це фізична величина, що характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію. Одиниця електричного заряду в СІ - кулон (Кл). 1 Кл дорівнює заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за 1 с при силі струму в провіднику 1 А. 1 Кл = 1 А · 1 с.
Основні властивості електричного заряду:
1. Існують два роду електричних зарядів - позитивні і негативні. Електричний заряд наелектризованої скляної палички, потертої про шовк, назвали позитивним, а заряд ебонітової палички, потертої про хутро, - негативним.
2. Тіла, що мають заряди одного знака, відштовхуються; тіла, що мають заряди протилежних знаків притягуються.
3. Носієм електричного заряду є частка: електричний заряд не існує окремо від неї.
4. Електричний заряд є дискретним, тобто електричні заряди фізичних тіл кратні певному найменшому (елементарному) заряду. Носієм найменшого негативного заряду є електрон:
Носієм найменшого позитивного заряду є протон. Заряд протона по модулю дорівнює заряду електрона.
З огляду на виконані дослідів і спостережень можна зробити висновок:
Ø явище, за якого тіла набувають властивості притягувати інші тіла, називають електризацією.
Тіла, що мають здатність до електричних взаємодій, називають наелектрізованімі.
Існують кілька способів електризації, серед яких - електризація тертям. В процесі електризації тертям відбувається тісний контакт двох тіл, виготовлених з різних матеріалів, і частина електронів переходить з одного тіла на інше.
За будь-якого способу електризації тіл відбувається перерозподіл існуючих в них електричних зарядів, а не поява нових. Це твердження є наслідком найважливішого закону природи - закону збереження електричного заряду.
Під час електризації тіло втратило частину своїх електронів, заряджається позитивно, а тіло набуло зайвих електронів - негативно. Загальна ж кількість електронів в цих тілах залишається незмінною.
Ø Повний заряд замкнутої системи тіл або частинок залишається незмінним при всіх взаємодій, що відбуваються в цій системі:
Цей закон не стверджує, що сумарні заряди всіх позитивно заряджених і всіх негативно заряджених частинок повинні кожен окремо зберігатися. Під час іонізації атома в системі утворюються дві частки: позитивно заряджений іон і негативно заряджений електрон. Сумарні позитивний і негативний заряди при цьому збільшуються, же повний електричний заряд залишається незмінним. Неважко помітити, що завжди зберігається різниця між загальним числом всіх позитивних і негативних зарядів.
Французький вчений Шарль Кулон досліджував, як залежить сила взаємодії між зарядженими тілами від значень зарядів тіл і від відстані між ними. У своїх дослідах Кулон не брав до уваги розміри тіл, які взаємодіють.
Заряд, поміщений на тілі, розміри якого малі в порівнянні з відстанями до інших тіл, з якими воно взаємодіє, називають точковим зарядом.
Закон Кулона, відкритий 1785 р кількісно описує взаємодію заряджених тіл. Він є фундаментальним законом, тобто встановлений за допомогою експерименту і не випливає ні з якого іншого закону природи.
Ø Значення сили взаємодії двох нерухомих точкових зарядів q 1 і q 2 прямо пропорційний добутку модулів цих зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані r між ними:
Значення коефіцієнта пропорційності k залежить від вибору системи одиниць.
Коефіцієнт пропорційності k в законі Кулона дорівнює Фізичний зміст цього коефіцієнта полягає ось у чому: два точкових заряди по 1 Кл кожний, знаходяться на відстані 1 м один від одного, взаємодіють з силою, рівною 9 · 109 H.
Іноді замість коефіцієнта k використовують інший коефіцієнт ε0 називається електричної постійної:
Тоді математична запис закону Кулона має такий вигляд:
1. Чим обумовлено взаємодія електрично заряджених тіл?
2. У яких випадках заряджені тіла притягуються, а в яких - відштовхуються?
3. За яких умов виконується закон збереження електричного заряду?
4. Від чого залежить електрична сила взаємодії заряджених тіл?
1. Чому тяжіння шматочків паперу натертим гребінцем не можна пояснити дією сил тяжіння, пружності і ваги?
2. За допомогою якого досвіду можна проілюструвати закон збереження електричного заряду?
3. В чому полягають подібність і відмінності між законом всесвітнього тяжіння і законом Кулона?
Закріплення ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Що відбувається під час тісного контакту двох тіл, виготовлених з різних матеріалів?
2. Чому під час взаємодії ебонітової палички і вовни електризуються обидва тіла?
3. Чому електричне відштовхування виявили майже через дві тисячі років після того, як було виявлено тяжіння?
Рішення. Два тіла відчувають електричного тяжіння, якщо заряджене тільки одне з тіл, причому зарядом будь-якого знака. А електричне відштовхування проявляє себе тільки тоді, коли обидва тіла заряджені, причому обов'язково однойменно.
2). Вчимося вирішувати завдання
1. Кожна з двох однакових маленьких незаряджених кульок масою 0,01 г підвішена в вакуумі на шовковій нитці довжиною 1 м так, що кульки стикаються. Перший кулька відвели в сторону, зарядили і повернули в початкове положення. Після цього кульки розійшлися на відстань 14 см. Визначте заряд першого кульки, перш ніж її торкнулися.
Рішення. Після торкання заряд першого кульки розподілився між двома кульками. В результаті між зарядженими кульками виникла сила кулонівського відштовхування. Виконаємо пояснювальний рисунок.
На кожну кульку діють три сили: кулоновское сила. сила тяжіння t ЯЖ і сила натягу нитки. Так як кульки знаходяться в рівновазі, то векторна сума сил дорівнює нулю: + t ЯЖ + = 0. Ця умова буде виконана, якщо модуль рівнодіючіх сил і t ЯЖ дорівнює модулю сили: F тяж tg = F. Відповідно до закону Кулона назад
де q 1 'і q 2' - відповідно заряди першої і другої кульки після взаємодії.
Оскільки система кульок є замкнутою, в ній виконується закон збереження заряду: q 1 + q 2 = q 1 '+ q' 2. Оскільки розміри куль однакові, то q 1 '= q2' = q '. отже,
Значення tg знайдемо з трикутника ABC. Так значить,
З рівняння (1) з урахуванням (2) і (3) отримуємо, що модуль заряду першого кульки, перш ніж її торкнулися:
Перевіримо одиниці величин:
Визначимо значення шуканої величини:
Відповідь: заряд першого кульки перед зіткненням 7,8 нКл.
2. Три однакових позитивних точкових заряди по 18 нКл кожний розташовані в вершинах рівностороннього трикутника. Який точковий заряд необхідно помістити в центрі трикутника, щоб система зарядів знаходилася в рівновазі?
3. Заряди двох однакових маленьких металевих кульок рівні q 1 = -2 нКл і q 2 = +10 нКл. Після того як кульки зіткнулися, їх розвели на попередню відстань. У скільки разів змінився модуль сили взаємодії між ними?
Рішення. Нехай відстань між кульками дорівнює r. Тоді модуль сили взаємодії між ними змінився від до Тут q - заряд кожного з кульок після зіткнення. Відповідно до закону збереження заряду 2 q = q 1 + q 2. Отже,
4. Коли з першої крапельки мільярд електронів перемістили на другу, між ними виникла сила електричного взаємодії. Скільки електронів необхідно перемістити з першої крапельки на другу, щоб ця сила збільшилася в 4 рази?
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЬ на уроці
• Електричний заряд - це фізична величина, що характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію.
1 Кл дорівнює заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за 1 с при силі струму в провіднику 1 А:
• Явища, в яких тіла набувають властивості притягувати інші тіла, називають електризацією.
• Повний заряд замкнутої системи тіл або частинок залишається незмінним при всіх взаємодій, що відбуваються в цій системі:
• Заряд, поміщений на тілі, розміри якого малі в порівнянні з відстанями до інших тіл, з якими воно взаємодіє, називають точковим зарядом.
• Значення сили взаємодії двох нерухомих точкових зарядів q 1 і q 2 прямо пропорційний добутку модулів цих зарядів і обернено пропорційно квадрату відстані r між ними:
1. Подр-1: § 1; підр-2: § 1 (п. 1).
Рів1 № 1.8; 1.9; 1.10; 1.11.
Рів2 № 1.31; 1.32; 1.34, 1.35.
Рів3 № 1.54, 1.55; 1.56; 1.57.