Робота під час переміщення заряду в однорідному електростатичному полі. 11 клас.
Мета уроку: пояснити як обчислюється робота по переміщенню зарядженого тіла в однорідному електричному полі, розглянути аналогію між переміщенням заряду і переміщенням тіла під дією сили всесвітнього тяжіння; розглянути приклади розв’язування стандартних задач з даної теми; розвивати логічне мислення; виховувати впевненість у собі, необхідність в знаннях; шляхетність.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
Хід уроку.
І. Організаційний момент.
Оголошення теми і мети уроку.
ІІ. Перевірка домашнього завдання.
Фізичний футбол.
1. Які речовини називають провідниками?
2. Які електричні заряди називають вільними?
3. Які частинки є носіями вільних зарядів у металах?
4. Що відбувається в металі, поміщеному в електричне поле?
5. Як розподіляється по провіднику наданий йому заряд?
6. Якщо провідник, що знаходиться в електричному полі, розділити на дві частини, як будуть заряджені ці частини?
7. На якому принципі ґрунтується електростатичний захист?
8. У чому полягає явище електростатичної індукції?
9. Над блискавковідводом проходить негативно заряджена хмара. Поясніть на підставі електронних уявлень, чому на вістрі блискавковідводу виникає заряд? Яким є його знак?
10. Які речовини називають діелектриками?
11. Які діелектрики називають полярними, а які - неполярними?
ІІІ. Пояснення нового матеріалу.
З погляду теорії близькодії на заряд безпосередньо діє електричне поле, створене іншим зарядом. Під час переміщення заряду, діюча на нього з боку поля сила виконує роботу. Тому можна стверджувати, що заряджене тіло в електричному полі має енергію.
Розглянемо дві пластинки, розміщені вертикально. Ліва пластинка В заряджена негативно, а права С - позитивно (рис. 4.1.14). Обчислимо роботу, що виконується полем А під час переміщення заряду q із точки 1, яка знаходиться на відстані d від пластини В, у точку 2, розміщену на відстані d < d від тієї ж пластинки. Точки 1 і 2 лежать на одній силовій лінії.
На ділянці шляху  d = d - d електричне поле виконує додатну роботу:
- = qE(d - d) = - (qEd - qEd).
Оскільки ця робота не залежить від форми траєкторії, то вона дорівнює зміні потенціальної енергії, взятій з протилежним знаком:
A = - (W - W ) = - W .
Порівнюючи рівняння, бачимо, що потенціальна енергія заряду в однорідному електричному полі
W = qEd,
де заряд q може бути і позитивним, і негативним.
На замкненій траєкторії, коли заряд повертається в початкову точку, робота поля дорівнює нулю:
A = W = - (W - W) = 0.
Поля, що мають цю властивість, називають потенціальними (гравітаційні, електростатичні).
ІV. Розв’язування задач.
№1 Яку роботу виконує поле під час переміщення заряду 20 нКл з точки, потенціал якої 700В, у точку з потенціалом –100 В, у точку з потенціалом 400В?
|
Дано:
|
|
1) q=20·10-9Кл
φ1=700В
φ2=200В
2) q=20·10-9 Кл
φ1=-100 В
φ2=400 В
|
|
А-?
|
Розв’язування
А=( φ1- φ2)·q
A1=(700В-200В)·20·10-9Кл=
10-5Дж=10мкДж
А2=(-100В-400В)·20·10-9Кл=-10мкКл
№2 Напруженість однорідного електричного поля дорівнює 2 кВ/м. В ньому перемістили на 3 см в напрямі силової ліній заряд –30нКл. Визначити роботу поля, зміну потенціальної енергії взаємодії заряду з полем і різницю потенціалів між початковою і кінцевою точками переміщення.
|
Дано:
|
|
E=2·103В/м
Δd=3·10-2м
Q=-30·10-9 Кл
|
|
А-?
ΔW-?
(φ1-φ2)-?
|
Розв’язування
За умовою заряд перемістили в напрямі силової лінії, отже:
№3 Електрон перемістився в прискорюючому полі з точки, потенціал якої 200 В, у точку з потенціалом 300В. Визначити кінетичну енергію електрона, зміну потенціальної енергії взаємодії з полем і набуту швидкість. Вважати, що початкова швидкість електрона дорівнює нулеві.
V. Підсумок уроку.
Домашнє завдання: §6, впр. 4 №1.
|