Потенциал электрического поля - ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Цель: дать понятие потенциала электрического поля.

Ход урока

I. Повторение изученного

1. Почему движение заряда в однородном электростатическом поле аналогично движению тела в гравитационном поле?

2. Почему электростатическое поле потенциально?

3. Чему равна потенциальная энергия двух зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга?

Объясните эксперименты:

1. Возьмите из набора по электролизу стакан и крышку с двумя закрепленными медными электродами. Клейма крышки соедините проводниками с полюсами электрофорной машины. Заполните стакан дымом, опустите незаряженные электроды в стакан, и затем достаньте их. Дым сохранится в стакане.

Зарядите электрофорную машину и электроды, опустите в стакан с дымом. Дым в стакане исчезнет. Как это объяснить? (Ответ: Частицы дыма, находятся в электрическом поле, электризуются. Под действием сил электрического поля они перемещаются к электродам.)

2. Как опытным путем определить знак на одном из полюсов электрофорной машины? (Ответ: Полюс электрофорной машины следует соединить с электрометром. Зарядив его, убираем проводник с помощью изолятора. Затем, наэлектризуем палочку из органического стекла о газету, поднесем ее к электрометру. Если угол отклонения стрелки уменьшается, то полюс имеет отрицательный заряд, и наоборот.)

II. Изучение нового материала

Электростатическое поле консервативно и работа по перемещению заряда равна разности потенциалов энергий в начале и в конце траектории. Силовой характеристикой электрических полей является напряженность.

Введем электрическую характеристику электрического поля - потенциал.

Потенциалом электрического поля в данной точке называется отношение потенциальной энергии, которой обладает пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к этому заряду. Тогда: A = q(e₁ - е₂).

В международной системе единиц, единицей потенциала служит [В] вольт.

1 В - это разность потенциалов двух точек электрического поля, при переходе между которыми заряда в 1 Кл поле совершает работу 1 Дж.

Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью.

Между двумя любыми точками на эквипотенциальной поверхности разность потенциалов равна нулю, поэтому работа сил электрического поля при любом перемещении заряда эквипотенциальной поверхности равна нулю. Значит, вектор силы перпендикулярен вектору перемещения. Линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальной поверхности.

Эквипотенциальными поверхностями точечного заряда являются сферы, в центре которых расположен заряд.

Потенциал - величина скалярная. Если в некоторой точке пространства двумя зарядами одновременно созданы электрические поля с потенциалом е₁ и е₂, то потенциал результирующего электрического поля равен алгебраической сумме потенциалов е₁ и е₂: е = е₁ + е₂

III. Закрепление изученного

1. Что называется потенциалом электрического поля?

2. Какая формула выражает смысл этого понятия?

3. Что называют разностью потенциалов между двумя точками поля?

4. Какая формула выражает смысл этого понятия?

5. В каких единицах измеряют потенциал и разность потенциалов?

6. По какой формуле находится потенциал электростатического поля точечного заряда?

7. Какие поля называют эквипотенциальным?

8. Какая формула выражает связь напряженности и разности потенциалов в произвольном электрическом поле? В однородном?

IV. Решение задач

1. Поле образованно точечным зарядом q = 1,2 · 10^-7 Кл. Какую работу совершает поле переносе одноименного заряда 1,5 · 10^-10 Кл из точки В, удаленной от заряда q на расстояние 0,5 м, в точку А, удаленную от q на расстояние 2 м? Среда - воздух.

Дано:

Найти: А — ?

Решение:

Сделайте чертеж

Работа поля при переносе заряда q₁ по любому пути из точки В в точку А определяется по формуле:

Диэлектрическая проницаемость воздуха е - 1, поэтому потенциалы точки А и В:

Тогда работа поля:

Вычислим значение работы:

(Ответ: А ≈ 2,43 · 10^-7 Дж = 0,243 мнДж.)

2. Пылинка массой 10^-8 висит между пластинками плоского воздушного конденсатора, к которому приложено напряжение 5 кВ. Расстояние между пластинками 5 см. Каков заряд пластины? (Ответ: q = 9,8 · 10^-16 Кл.)

3. Два заряда по 6 нКл находятся на расстоянии 100 см друг от друга. Какую работу надо совершить, чтобы сблизить их до расстояния 50 см? (Ответ: А_н = 3,24 · 10^-7 Дж.)

4. Какую скорость приобретает электрон, пролетевший ускоряющую разность потенциалов 10⁴ В? (Ответ: х ≈ 6 · 10⁷ м/с.)

Домашнее задание

П. 99, с. 260, задачи (6-7).