Закон Кулона - ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Цель: дать положительную оценку силы взаимодействия зарядов.

Ход урока

I. Повторение. Беседа

1. Чем объясняется электризация тел при соприкосновении?

2. Какие опыты доказывают существование двух видов электрических зарядов?

3. Каков принцип действия электрометра?

4. Какие частицы являются носителями отрицательных и положительных зарядов?

5. Как формируется закон сохранения электрического заряда?

6. Остается ли неизменной масса тела при его электризации?

II. Физический диктант. Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда

1. Как называется раздел физики, изучающий заряженные тела?

2. Какое взаимодействие существует между заряженными телами, частицами?

3. Какая физическая величина определяет электромагнитное взаимодействие?

4. Зависит ли величина заряда от выбора системы отсчета?

5. Можно ли сказать, что заряд системы складывается из зарядов тел, входящих в эту систему?

6. Как называется процесс, приводящий к появлению на телах электрических зарядов?

7. Если тело электрически нейтрально, означает ли это, что оно не содержит электрических зарядов?

8. Верно ли утверждение, что в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел системы остается постоянной?

9. Если в замкнутой системе число заряженных частиц уменьшилось, то означает ли это, что заряд всей системы тоже уменьшился?

Ответы:

1. Электростатика. 2. Электромагнитное. 3. Электрический заряд. 4. Нет. 5. Можно. 6. Электризация. 7. Нет. 8. Отталкиваются. 9. Да. 10. Нет.

III. Изучение нового материала

Взаимодействия неподвижных электрических зарядов изучает электростатика. Основной закон электростатики был установлен экспериментально французским ученным Ш. Кулоном в 1785 г.

Кулон измерял силы взаимодействия заряженных шаров. На тонкой проволоке была подвешена стрелка: палочка с двумя металлическими шарами на концах. Одному сообщался электрический заряд и против него устанавливался другой заряженный шар. По углу поворота стеклянной палочки определилась сила взаимодействия. Расстояние между шарами было не трудно измерить.

Кулон не мог измерить заряды шаров, но он предположил, что при соприкосновении металлического шара с зарядом q с незаряженным шаром такого же радиуса электрический заряд делится на две равные части, и в шарах оказываются заряды

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей оба точечных заряда, подчиняется третьему закону Ньютона.

Единица — кулон (1 Кл) - это заряд, проходящий за 1 секунду поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А.

- для воздуха

- для любой среды

ε - электрическая постоянная среды.

Показывает, во сколько раз сила взаимодействия точечных тел в вакууме больше силы их взаимодействия в среде.

Сила Кулона для нескольких зарядов (рис. 162).

IV. Повторение изученного

1. Что определяет закон Кулона?

2. Как записывается закон Кулона для взаимодействия зарядов в вакууме?

3. Какая величина характеризует влияние среды на силу взаимодействия между зарядами?

4. Запишите закон Кулона для взаимодействия зарядов с учетом среды в системе СИ?

5. Чему равен коэффициент пропорциональности в законе Кулона?

6. Можно ли электрический заряд делить бесконечно?

V. Решение задач

1. Маленький шарик массой 2 · 10^-3 кг, подвешенный на тонкой шелковой нити, несет на себе заряд 3 · 10^-7 Кл. На какое расстояние снизу к нему следует поднести другой маленький шарик с зарядом 5 · 10^-7 Кл, чтобы напряжение нити уменьшилось в 2 раза?

Решение:

На шарик, подвешенный на тонкой нити, действуют две силы: сила напряжения и сила напряжения нити Направления сил противоположны. Шар неподвижен, следовательно, Т₁ =mg. Если на расстоянии r помещен заряд q₂, то на шарик действует еще одна сила — Кулона, направленная вверх и равная

Чтобы сила напряжения нити уменьшилась, заряд q₂ должен быть того же знака, что и заряд q₁.

Запишем условие равновесия шарика в этом случае: согласно первому закону Ньютона.

Выбери направление оси 0у вертикально вверх, и запишем это уравнение в проекциях на ось 0у.

-mg + Т₂ + F_k = 0.

Подставим данные задачи:

Отсюда: .

Следовательно .

(Ответ: r = 0,37 м = 37 см.)

2. С какой силой взаимодействуют два заряда по 1 Кл каждый на расстоянии 1 км друг от друга в вакууме? (Ответ: F = 9 кН.)

3. Два одинаковых маленьких шарика, обладающих зарядом q₁ = 6 мнКл и зарядом q = -12 мнКл, находятся на расстоянии 60 см друг от друга. Определите силу взаимодействия между ними. Чему будет равен заряд каждого шарика, если их привести в соприкосновение и затем разъединить? (Ответ: F = 1,8 Н; q = -3 мнКл.)

4. Два положительных заряда q и 2q находятся на расстоянии 10 мм. Заряды взаимодействуют с силой 7,2 · 10^-4 Н. Как велик каждый заряд? (Ответ: q₁ = 2 · 10^-9 Кл = 2 нКл; q₂ = 4 · 10^-9 Кл = 4 нКл.)

5. Найдите силу, действующую на заряд q₂ = -1 · 10^-6 Кл, если заряды q₁ = 1 · 10^-7 Кл и q₃ = 2 · 10^-7 Кл расположены в воздухе. Расстояние АВ = ВС = 10 см. (Ответ: F = 9 · 10^-2 Н..

6. Два положительно заряженных тела с зарядами 1,67 и 3,33 нКл находятся на расстоянии 20 см друг от друга. В какой точке на линии, соединяющей эти тела, надо поместить третье тело с зарядом -0,64 нКл, чтобы оно оказалось в равновесии? Массами тел пренебречь. (Ответ: х = 0,117 м = 11,7 см.)

7. 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. (Ответ: q ≈ 5,2 н Кл.)

Домашнее задание

П. 89, 90 с. 236, задачи (1-2).