Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Физика. 10 класс. — Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

Электрическое поле

Опыты, позволяющие обнаружить притяжение или отталкивание заряженных тел, убеждают нас в том, что электрические заряды взаимодействуют на расстоянии. Причём чем ближе друг к другу находятся наэлектризованные тела, тем взаимодействие между ними сильнее, чем дальше — тем слабее.

При изучении механики мы видели, что действие одного тела на другое происходит непосредственно при их взаимодействии. Как же объяснить взаимодействие наэлектризованных тел? В наших опытах наэлектризованные тела находились друг от друга на некотором расстоянии. Может быть, действие одного наэлектризованного тела на другое передается через воздух, находящийся между телами? Однако заряженные тела взаимодействуют и в безвоздушном пространстве. Если поместить заряженный электроскоп под колокол воздушного насоса, то листочки электроскопа по-прежнему отталкиваются друг от друга (рис. ). (Из-под колокола воздух откачан.) Изучением взаимодействия электрических зарядов занимались английские физики Майкл Фарадей и Джеймс Максвелл.

Рис. Заряженный электроскоп под колоколом воздушного насоса

В результате длительного изучения электрических явлений установлено, что всякое заряженное тело окружено электрическим полем.

Электрическое поле — это особый вид материи, отличающийся от вещества.

Наши органы чувств не воспринимают электрическое поле. Обнаружить поле можно благодаря тому, что оно действует на всякий находящийся в нём заряд. Именно этим и объясняется взаимодействие наэлектризованных тел. Электрическое поле, окружающее один из зарядов, действует с некоторой силой на другой заряд, помещённый в поле первого заряда. И наоборот, электрическое поле второго заряда действует на первый.

Сила, с которой электрическое поле действует на внесённый в него электрический заряд, называется электрической силой.

Когда мы подносили заряженную палочку к заряженной гильзе, то наблюдали отталкивание гильзы. Мы тем самым обнаруживали электрическое поле палочки по его действию на заряд, находящийся на гильзе. Но и гильза своим полем действовала на эбонитовую палочку. Таким образом, в случае наэлектризованных тел наблюдается взаимодействие.

Многочисленные опыты позволяют сделать вывод о том, что вблизи заряженного тела действие поля сильнее, а по мере удаления от него действие поля ослабевает.

Так, поднесём к гильзе палочку, имеющую заряд противоположного знака. По мере приближения палочки к гильзе угол отклонения гильзы будет увеличиваться (рис.). Следовательно, чем ближе расположены заряженные тела, тем сильнее действие поля.

Рис. Зависимость действия электрического поля от расстояния до заряда

Поскольку на любой заряд, находящийся в электрическом поле, действует сила, значит, при перемещении заряда полем совершается работа. А если поле способно совершить работу, то оно обладает энергией.

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Опишите опыт, который показывает, что электрическое взаимодействие передаётся не через воздух.
2. Чем отличается пространство, окружающее наэлектризованное тело, от пространства, окружающего ненаэлектризованное тело?
3. Как можно обнаружить электрическое поле?
4. Как изменяется сила, действующая на заряженную гильзу при удалении её от заряженного тела? Как это показать на опыте?

Задание 2. Проведи домашний опыт.

… по парению пушинки в электрическом поле.

Если наэлектризовать трением пластмассовую линейку, сделать из ваты очень маленькую пушинку
и положить её на линейку, то часть электрического заряда линейки при касании передастся пушинке. Линейка и пушинка зарядятся одноименно. Поднимите линейку и сдуйте пушинку вверх. Если затем подставить снизу линейку, то можно наблюдать за ее парением в электрическом поле линейки. На пушинку действуют одновременно сила тяжести и отталкивающая электрическая сила.

Если сила тяжести больше силы отталкивания, пушинка сядет на линейку. Сдуйте ее и повторите опыт, сообщая прикосновениями к линейке всё больший заряд пушинке. Вы сможете добиться парения пушинки. При парении пушинки силы, действующие на неё, уравновешены.

… по защите от электрических полей.

Наэлектризуйте пластмассовый предмет и поместите его на небольшом расстоянии от банки самодельного электроскопа. Лепестки электроскопа разойдутся из-за электризация через влияние. На электроскоп наденьте экран — металлическую кастрюлю. Рука должна быть изолирована от металла! Лепестки электроскопа вновь сомкнутся. Электрическое поле исчезло! Если снять кастрюлю, то лепестки электроскопа снова разойдутся.

К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

• http://www.tepka.ru/fizika
• http://class-fizika.narod.ru
• http://www.youtube. com/watch?v=kD-6e7fgvmY
• http://www.youtube.com/watch?v=_ZIgDVzAkc0
• http://www.youtube.com/watch?v=LOG_eFAyzdE
• http://www.youtube.com/watch?v=AAkOed3BhC0
• http://www.youtube.com/watch?v=uTtFABBosQg
• http://www.youtube.com/watch?v=hwPgnxKWB3E
• http://www.youtube.com/watch?v=PSciE4uYEd8
• http://interneturok.ru/ru/school/physics/10-klass/

Урок «Электрическое поле. Напряженность электрического поля»

Тема. Электрическое поле. Напряженность электрического поля

 

Цель урока: Определяет электрический заряд, электризацию; формулирует закон Кулона; решает задачи на использование закона Кулона

Тип урока: урок изучения нового материала.

Ход урока

1. Организационный момент.

2.ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Электрическое поле

В соответствии с идеями Майкла Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый заряд создает в окружающем пространстве электрическое поле, и взаимодействие зарядов происходит с помощью полей, создаваемых этими зарядами. Взаимодействие, например, двух электрических зарядовq1 и q2 сводится к тому, что поле заряда q1 действует на заряд q2, а поле заряда q2действует на заряд q1.

Человек не может непосредственно с помощью органов чувств воспринимать электрическое поле, но объективность его существования, материальность доказаны экспериментально.

Поле, как и вещество, является одной из форм существования материи.

Ø Электрическое поле — это форма материи, что существует около заряженных тел и проявляется в действии с некоторой силой на любое заряженное тело, находящееся в этом поле.

Поле, созданное неподвижными в данной системе отсчета зарядами, называется электростатическим.

Необходимо обратить внимание на то, что электрическое поле распространяется в пространстве хотя и с огромной, но конечной скоростью — скоростью света.

Благодаря этому свойству взаимодействие между двумя зарядами начинается не мгновенно, а через определенный интервал времени Δt = l/c, где l — расстояние между зарядами, аc — скорость света в вакууме.

2. Напряженность электрического поля

Если поочередно помещать в одну и ту же точку поля небольшие заряженные тела и измерять силы, действующие на них со стороны поля, то окажется, что силы, прямо пропорциональны величинам зарядов. Отношение силы к заряду F/q остается постоянным, не зависит от модуля заряда и характеризует только электрическое поле в той точке, где находится заряд. Эту характеристику называют напряженностью электрического поля.

Ø Напряженность электрического поля  — это векторная величина, характеризующая электрическое и равна отношению силы , с которой электрическое поле действует на пробный заряд, помещенный в некоторую точку поля, к значению q этого заряда:

Напряженность поля в СИ выражается: [E] = Н/Кл.

За направление вектора напряженности в некоторой точке электрического поля выбирают направление кулоновского силы, которая действовала бы на пробный положительный заряд, если бы он был помещен в эту точку поля.

 

 

3. Напряженность поля точечного заряда

Пусть точечным зарядом Q, расположенным в вакууме, создано электрическое поле. Чтобы найти напряженность этого поля в произвольной точке, поместим в эту точку пробный заряд q. На заряд q, находящийся на расстоянии r от заряда Q, действует сила  Поскольку модуль напряженности поля E = F/q, получаем, что модуль напряженности поля точечного заряда 

4. Принцип суперпозиции

Зная напряженность поля  электрического поля, созданного некоторым зарядом в некоторой точке пространства, несложно определить модуль и направление вектора силы, с которой поле будет действовать на любой заряд q, помещенный в эту точку:

Если поле создано не одним зарядом, а несколькими, то результирующую силу, действующую на пробный заряд со стороны системы зарядов, определяется векторной суммой всех сил, с которыми действовали бы заряды системы отдельно на этот пробный заряд.

Отсюда следует принцип суперпозиции электрических полей:

Ø напряженность электрического поля системы N зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым из них в отдельности:

5. Линии напряженности

Электрическое поле можно изобразить графически, используя так называемые линии напряженности электрического поля (силовые линии) — линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности электрического поля.

 

 

Свойства силовых линий: они не пересекаются; не имеют изломов; начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Чтобы охарактеризовать не только направление, но и модуль напряженности поля в разных точках, силовые линии проводят так, что густота силовых линий пропорциональна модулю напряженности.

 

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Как можно обнаружить электрическое поле в определенной точке?

2. Какие главные признаки и свойства электрического поля?

3. Зависит ли напряженность поля в определенной точке от модуля пробного заряда, помещенного в эту точку поля? от модуля заряда, создающего поле?

4. Что определяет густоту силовых линий?

5. Как определяют направление линий напряженности поля?

Второй уровень

1. Как изменится энергия электрического поля двух разноименных зарядов, если уменьшить расстояние между ними? увеличить расстояние между ними?

2. Могут ли силовые линии пересекаться?

3. Правильным является утверждение: свободные заряженные частицы движутся в электростатическом поле вдоль силовых линий этого поля?

4. По мере удаления от точечного заряда густота линий напряженности уменьшается. Что это означает?

 

3. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Электрическое поле заряженного шара действует на заряженную пылинку, что находится вблизи него. Действует поле пылинки на шар?

2. Почему стрелка электрометра отклоняется, если к нему поднести заряженный предмет, не касаясь электрометра?

Указание. В результате разделения зарядов происходит под действием электрического поля, стрелка и нижняя часть стержня электрометра приобретают одноименных зарядов.

3. Маленький заряженный шарик вознесли до большого металлического листа. Покажите ориентировочный вид силовых линий электрического поля.

2). Учимся решать задачи

1. В вершинах при острых углах ромба, составленного из двух равносторонних треугольников со сторонами l = 25 см, расположены точечные заряды q1 = q2 = 2,5 · 10-9 Кл. В вершине при одном из тупых углов ромба расположен точечный заряд q3 = -5 · 10-9 Кл. Определите напряженность электрического в четвертой вершине ромба.

Решения. В четвертой вершине ромба каждый из трех зарядов q1, q2 и q3 создает свое поле, напряженности которых равны 1, 2 и 3 соответственно. Согласно принципу суперпозиции результирующая напряженность  в точке A равна векторной сумме напряженностей:  = 1 + 2 + 3.

 

Поскольку поле создает система точечных зарядов, то модуль напряженности поля каждого заряда определяют по формуле:  Следовательно, 

Модуль результирующей напряженности E’ полей, созданных зарядами q1 и q2, равнаE’ = 2E1cos, где  = 60°. Тогда модуль напряженности E в четвертой вершине ромба (точке A) равна:

Определим значение искомой величины:

Ответ: напряженность поля в четвертой вершине ромба равен 360 Н/Кл и направлена к заряду q3.

2. На расстоянии r = 2 см от неподвижного точечного заряда в вакууме напряженность электрического поля этого заряда E1 = 900 Н/Кл. Определите напряженность E2 электрического поля этого заряда на расстоянии r1 = 10 см от него.

3. В вертикально напрямленому однородном электрическом поле находится порошина массой 10-9 г и зарядом 3,2 · 10-17 Кл. Какова напряженность поля, если сила тяжести пылинки уравновешена силой электрического поля?

 

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Электрическое поле — это форма материи, что существует около заряженных тел и проявляется в действии с некоторой силой на любое заряженное тело, находящееся в этом поле.

• Напряженность электрического поля  — это векторная величина, характеризующая электрическое поле и равная отношению силы , с которой электрическое поле действует на пробный заряд, помещенный в некоторую точку поля, к значению q этого заряда:  = /q.

• Напряженность поля точечного заряда: 

• Принцип суперпозиции полей: напряженность электрического поля системы Nзарядов равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым из них в отдельности:  =  1 +  2 +… + N.

• Линии напряженности электрического поля (силовые линии) — линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности электрического поля.

 

 

электромагнетизм — Как мы можем обнаружить электрическое поле в электромагнитной волне?

спросил 6 лет, 4 месяца назад

Изменено 6 лет, 4 месяца назад

Просмотрено 2к раз

$\begingroup$

Электромагнитная волна имеет магнитную и электрическую составляющую, но как это доказать? Как можно обнаружить «неэлектростатическое» электрическое поле вокруг катушки?

• электромагнетизм

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Любой электрический заряд испытывает силу электрического поля. Следовательно, электрическое поле в электромагнитных волнах создает токи в антеннах. Это происходит все время в беспроводной связи.

В случае электростатически заряженного диэлектрика, такого как пластиковая фольга, заряды имеют тенденцию поляризовать заряды в любом незаряженном диэлектрическом материале, с которым он соприкасается. Вокруг любого заряда существует статическое электрическое поле. Это электрическое поле создает силу притяжения или отталкивания в зависимости от знака задействованных зарядов. Итак, скажем, электростатически заряженный диэлектрик содержит положительные заряды. Тогда он будет притягивать отрицательные заряды и отталкивать положительные заряды в незаряженном диэлектрике. Это вызывает поляризацию. Отрицательные заряды теперь будут притягивать положительно заряженный диэлектрик. Это явление можно наблюдать как тенденцию электростатически заряженного материала прилипать к вещам.

$\endgroup$

6

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

электромагнетизм — Обнаружение электрического заряда черной дыры

спросил 11 лет, 5 месяцев назад

Изменено 7 лет, 7 месяцев назад

Просмотрено 4к раз

$\begingroup$

Согласно «Теореме об отсутствии волос», три величины «определяют» черную дыру; Масса, угловой момент и заряд. Первое достаточно легко определить, посмотрите на радиус горизонта событий, и вы можете использовать формулу Шварцшильда для вычисления массы. Угловой момент можно найти с помощью крутой маленькой эргосферы, «открытой» Пенроузом. Однако я не знаю, как определить заряд черной дыры.

Как электромагнитное поле может покинуть горизонт событий черной дыры Рейснера-Нордстрема? Есть ли какой-нибудь эксперимент, который мы теоретически могли бы провести с черной дырой, чтобы определить ее заряд?

• электромагнетизм
• общая теория относительности
• черные дыры
• электрические поля
• заряд

$\endgroup$

3

$\begingroup$ 92)$, как и любой другой точечный сбор. Так что измерить заряд несложно.

Что касается того, как электрическое поле уходит за горизонт, то лучший ответ — нет: его никогда не было на горизонте с самого начала! Заряженная черная дыра образовалась из заряженного вещества. До того, как образовалась черная дыра, вещество, которое в конечном итоге сформировало ее, имело собственные силовые линии электрического поля. Даже после того, как материал коллапсирует, образуя черную дыру, силовые линии все еще существуют, реликт материала, из которого образовалась черная дыра.

Давным-давно, когда в Американском журнале физики был раздел вопросов и ответов, кто-то задал вопрос о том, как электрическое поле выходит из заряженной черной дыры. Мэтт МакИрвин и я написали ответ, который появился в журнале. Это в значительной степени говорит то же самое, что и выше, но немного более формально и осторожно.

На самом деле, я только что заметил ошибку в том, что мы с Мэттом написали. Мы говорим, что функция Грина имеет поддержку только на конусе прошлого света. На самом деле это неверно в искривленном пространстве-времени: функция Грина также поддерживается внутри светового конуса. Но, к счастью, это не влияет на главное, а именно на отсутствие поддержки 9.0095 снаружи световой конус.

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Эффект Ахаранова-Бома (когда на электрически заряженную частицу воздействуют электрические и магнитные поля, хотя она движется только в области, где эти поля равны нулю, т.е. вне соленоида) демонстрирует, что с точки зрения квантовой механики, лежащие в основе поля — это не электромагнитное поле, а электромагнитный 4-потенциал. Это говорит о том, что для определения физики недостаточно сил, нужно использовать еще и потенциалы (энергии). Так что, возможно, вопрос должен заключаться не в том, как электрическое поле выходит из черной дыры, а в том, как выходит электрический/электромагнитный потенциал. 9j$, (что по-прежнему дает нулевое магнитное поле).

В любом случае, дело в том, что вопрос «как электрическое поле выходит из черной дыры» имеет аналог в квантовой механике плоского пространства-времени; «как работает эффект Ахаранова-Бома?» В обоих случаях кажется, что существует глобальное требование, чтобы вещи были непротиворечивыми, даже если кажется, что логически может не быть никакой связи.

Для обнаружения электрического поля или электромагнитного потенциала мы используем небольшой тестовый заряд. В обоих случаях мы рассматриваем взаимодействия между «ограниченными» электронами и «пробными» электронами. Ограниченные электроны застряли внутри черной дыры или находятся на путях внутри соленоида, которые практически не генерируют электрические или магнитные поля вне соленоида. Пробные электроны обнаруживают электрическое поле вне черной дыры и электромагнитный потенциал вне соленоида. 9{n}}$ спада для разных значений параметров. В принципе, вы можете измерить $M$, $Q$ и $a$ исключительно на основе наблюдений за параметрами орбит трех разных планет на орбитах вокруг черной дыры.