Урок физики Силовая характеристика Электрического поля

Урок физики № 48 в 10 классе

Дата: 22.03.2016 г.

Тема: Силовая характеристика электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии электрического поля.

Цели:

• Образовательная: формирование углубленных представлений об электрическом поле и напряженности как об одной из важнейших силовых характеристик электрического поля (применение принципа суперпозиции для определения суммарной напряженности электрического поля, создаваемого различными зарядами);

• Развивающая: развитие у обучающихся положительных мотивов учебно-познавательной деятельности, развитие навыков самостоятельной работы с информацией, навыков графической культуры, интеллектуального воображения;

• Воспитательная: формирование жизненно необходимых качеств: усидчивости, ответственности, исполнительности, внимательности и самостоятельности, навыков самооценки.

Тип урока: изучение нового материала.

Форма урока: лекция с элементами беседы.

Д/з: § 91,92

ХОД УРОКА

1. Орг.момент.

2. Проверка д/з.

1. Проверка фронтально задачи на раб.местах.

2. Тестирование (слайд) - самопроверка.

3. Объяснение нового материала.

1. Электрическое поле.

Рассмотренный ранее закон Кулона устанавливает количественные и качественные особенности взаимодействия точечных электрических зарядов в вакууме. Однако этот закон не дает ответа на весьма важный вопрос о механизме взаимодействия зарядов, т.е. посредством чего передается действие одного заряда на другой. Поиск ответа на этот вопрос привел английского физика М. Фарадея к гипотезе о существовании электрического поля, справедливость которой была полностью подтверждена последующими исследованиями. Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот.

Демонстрация видеофрагмента: «Заряженный шарик в электрическом поле»

Все сказанное позволяет дать следующее определение:

электрическое поле - это особый вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие электрических зарядов.

Свойства электрического поля

• Электрическое поле материально, т.е. существует независимо от наших знаний о нем.

• Порождается электрическим зарядом: вокруг любого заряженного тела существует электрическое поле.

Поле, созданное неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим.

Электрическое поле может быть создано и переменным магнитным полем. Такое электрическое поле называется вихревым.

Электрическое поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

Действие электрического поля на электрические заряды

• Электрическое поле можно рассматривать как математическую модель, описывающую значение величины напряженности электрического поля в данной точке пространства.

• Электрическое поле является одной из составляющих единого электромагнитного поля и проявлением электромагнитного взаимодействия

2. Напряженность электрического поля.

Для изучения электрического поля будем использовать пробный заряд: под пробным зарядом будем понимать положительный точечный заряд, не изменяющий изучаемое электрическое поле.

Пусть электрическое поле создается точечным зарядом q₀. Если в это поле внести пробный заряд q₁, то на него будет действовать сила .

Обратите внимание, что в данной теме мы используем два заряда: источник электрического поля q₀ и пробный заряд q₁. Электрическое поле действует только на пробный заряд q₁ и не может действовать на свой источник, т.е. на заряд q₀.

Согласно закону Кулона эта сила пропорциональна заряду q₁:

.

Поэтому отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд q₁, к этому заряду в любой точке поля:

, -

не зависит от помещенного заряда q₁ и может рассматриваться как характеристика поля. Эту силовую характеристику поля называют напряженностью электрического поля. Напряженность - силовая характеристика электрического поля

Подобно силе, напряженность поля - векторная величина, ее обозначают буквой .

Напряженность поля равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, к этому заряду:

.

В СИ напряженность выражается в ньютонах на кулон (Н/Кл)

3. Направление напряженности эл. поля.

Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Напряженность - силовая характеристика электрического поля.

Если в точке А заряд q > 0, то векторы и направлены в одну и ту же сторону; при q < 0 эти векторы направлены в противоположные стороны.

• От знака заряда q, на который действует поле, не зависит направление вектора, а зависит направление силы .

4. Линии напряженности эл. поля.

Электрическое поле не действует на органы чувств. Его мы не видим. Тем не менее распределение поля в пространстве можно сделать видимым. Английский физик Майкл Фарадей в 1845 году предложил изображать электрическое поле с помощью силовых линий и получал своеобразные карты, или диаграммы поля.

Силовая линия (или линия напряженности) - это воображаемая направленная линия в пространстве, касательная к которой в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности в этой точке

По картине силовых линий можно судить не только о направлении вектора, но и о его значении. Действительно, для точечных зарядов напряженность поля увеличивается по мере приближения к заряду, а силовые линии при этом сгущаются (рис. 6). Где силовые линии гуще там напряженность больше и наоборот.

• Число силовых линий, приходящихся на поверхность единичной площади, расположенную нормально к силовым линиям, пропорционально модулю напряженности.

Демонстрация видеофрагментов: «Силовые линии однородного электрического поля»; «Силовые линии неоднородного электрического поля»

5. Принцип суперпозиции полей.

А чему будет равна напряженность в некоторой точке электрического поля, созданного несколькими зарядами q₁, q₂, q₃, …?

Поместим в данную точку пробный заряд q. Пусть F₁ - это сила, с которой заряд q₁ действует на заряд q; F₂ - это сила, с которой заряд q₂ действует на заряд q и т.д. Из динамики вы знаете, что если на тело действует несколько сил, то результирующая сила равна геометрической сумме сил, т.е.

.

Разделим левую и правую часть уравнения на q :

.

Если учтем, что , мы получим, так называемый, принцип суперпозиции полей

• напряженность электрического поля, созданного несколькими зарядами q₁, q₂, q₃, …, в некоторой точке пространства равна векторной сумме напряженностей , … полей, создаваемых каждым из этих зарядов:

.

Благодаря принципу суперпозиции для нахождения напряженности поля системы точечных зарядов в любой точке достаточно знать выражение для напряженности поля точечного заряда. На рисунке 4, а, б показано, как геометрически определяется напряженность поля, созданного двумя зарядами.

Рис. 4

• Для определения напряженности поля, создаваемого заряженным телом конечных размеров (не точечных зарядов), нужно поступать следующим образом. Мысленно разделить тело на маленькие элементы, каждый из которых можно считать точечным. Определить заряды всех этих элементов и найти напряженности полей, созданных всеми ими в заданной точке. После этого сложить геометрически напряженности от всех элементов тела и найти результирующую напряженность поля. Для тел сложной формы это трудная, но в принципе разрешимая задача. Для ее решения нужно знать, как заряд распределен на теле.

4. Закрепление.

Подготовка к ЕГЭ.

Решение тестовых заданий на напряженность эл. поля (слайд).

5. Рефлексия.

6. Итог урока.

7. Д/з.