Закон кулона электростатика: Закон Кулона — Википедия – Электростатика и закон Кулона — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Электростатика и закон Кулона

Что ни говорите, а электричество было одним из величавших изобретений человечества, по значимости в истории его можно поставить наряду с появлением колеса, приручением лошади и так далее. Ведь не будь изобретено электричество, Вы бы попросту не читали этот текст, да и пути науки и техники пошли бы по совсем другому маршруту. Что же касается электричества, то его явление в природе люди заметили уже очень давно, например, волосы человека могут электризоваться после их трения расческой, по сути это является самым простым примером электростатики.

Электризация происходит за счет существования положительных (+) и отрицательных (-) зарядов, возникающих во время трения (волос об расческу, стекла об кожу, янтаря об шерсть и так далее). Между зарядами возникает электрическое поле, сами они в зависимости от своих зарядов либо притягиваются (если заряды разные), либо наоборот отталкиваются (если заряды одинаковые). (К слову если вы наберете в Гугле, что-то вроде «паяльная станция стоимость», то ваш поисковый запрос будет весьма близок, в том числе и к электростатике).

Что такое электростатика

Электростатика – это раздел физики, в котором изучаются свойства и взаимодействия электрических заряженных тел либо частичек (тех, что из абзаца выше), при этом частицы эти являются неподвижными относительно инерциальной системы.

Закон Кулона

Одним из основных законов электростатики является закон Кулона, экспериментально доказанный великим физиком Кавендишем в 1773 году. Он гласит, что сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Это академическое определение закона Кулона, в практической же сфере этот закон помог объяснить, почему внутри заряженной сферы электрическое поле отсутствует.

Формула закона Кулона будет выглядеть следующим образом:

Где |q1| и |q2| — модули зарядов; r — расстояние между ними; k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. Сила взаимодействия направлена по прямой, соединяющей заряды. Сила взаимодействие также может зависеть от среды между заряженными телами, так в воздухе она почти такая же, как и в вакууме.

Электростатика, видео

И в завершение интересное видео об электростатике.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

Законы электростатики

Определение 1

Электростатика является разделом физики, направленным непосредственно на изучение свойств и взаимодействий неподвижных (относительно инерциальной системы отсчета) электрически заряженных тел (частиц), обладающих электрическим зарядом.

Электрический заряд представляет собой физическую величину, характеризующую свойство тел (частиц) к вхождению в электромагнитные взаимодействия, и определяющую значения сил и энергий при подобных взаимодействиях. В Международной СЕ в качестве единицы измерения электрического заряда выступает кулон (Кл).

Различают несколько видов электрических зарядов:

положительные;
отрицательные.

Тело представляет собой электрически нейтральное в случае равенства суммарного заряда отрицательно заряженных частиц в составе тела и суммарного заряда положительно заряженных частиц. В качестве стабильных носителей электрических зарядов выступают элементарные частицы и также античастицы, а носителями положительного заряда выступают позитрон и протон (отрицательного – антипротон и электрон).

Закон Кулона

Замечание 1

Закон Кулона считается в физике основным законом электростатики, определяющим величину и направление силы взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами.

Под точечным зарядом понимается заряженное тело, чей размер многократно меньше расстояния его возможного влияния на остальные тела. В таких условиях ни размеры, ни форма заряженных тел оказываются практически неспособными повлиять на взаимодействия между ними.

Рисунок 1. Закон Кулон. аАвтор24 — интернет-биржа студенческих работ

Впервые закон Кулона экспериментально был доказан в 1773 г. Кавендишем, использовавшим с этой целью сферический конденсатор. Ученому удалось показать факт отсутствия внутри заряженной сферы электрического поля. Это, в свою очередь, означало изменение силы электростатического взаимодействия в обратной пропорциональности квадрату расстояния, при этом результаты исследований Кавендиша так и не были опубликованы.

В 1785 г. Ш. Кулоном был установлен закон (благодаря специальным весам). Опыты этого ученого способствовали установлению закона, поразительно напоминающего закон всемирного тяготения. Сила взаимодействия в вакууме двух точечных неподвижных заряженных тел оказывается прямо пропорциональной произведению модулей заряда и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Закон сохранения электрического заряда

Согласно принципам закона сохранения электрического заряда, алгебраическая сумма электрических зарядов каждой частицы из изолированной системы останется неизменной, несмотря на происходящие в ней процессы.

Электрический заряд абсолютно любой частицы (системы частиц) считается целым кратным элементарному электрическому заряду (по величине равному заряду электрона) или приобретает нулевое значение.

Рисунок 2. Закон сохранения электрического заряда. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В качестве одного из подтверждений закона по сохранению электрического заряда выступает строгое равенство электрических зарядов (по абсолютной величине) электрона и протона. Исследование движения атомов (молекул), а также микроскопических тел в электрических полях только подтверждает электрическую нейтральность вещества и непосредственно равенство зарядов протона и электрона.

Закон сохранения заряда также подтверждают и простые опыты с электризацией тел. Так, если закрепить на стержне электрометра металлический диск, положить на него прослойку из сукна и поставить сверху такой же диск, с ручкой из диэлектрика, можно наблюдать следующий результат. При совершении нескольких движений верхним диском по изоляционной прослойке можно заметить, что стрелка электрометра отклоняется, свидетельствуя таким образом о появлении на сукне и диске, соприкасающимся с ним, электрического заряда.

Если прикоснуться потом вторым диском (потертым о сукно) к стержню второго электрометра, можно наблюдать отклонение стрелки электрометра приблизительно на такой же угол, что и стрелка первого электрометра. Это будет означать, что при электризации каждый диск получил равный по модулю заряд. Если далее соединить электрометры металлическим стержнем, то можно увидеть, как стрелки приборов каются вниз. Нейтрализация зарядов стала свидетельством того, что они были равными по модулю, но противоположными по знаку (и поэтому в сумме давали нулевое значение).

Закон сохранения заряда в 1750 г. установил Б. Франклин. Им же было введено понятие об отрицательных и положительных зарядах.

Элементарные частицы могут рождаться и исчезать, претерпевая различные превращения. При этом возникновение и исчезновение элементарных частиц происходит всегда парным образом (парами с противоположными зарядами). Согласно многочисленным наблюдениям превращений элементарных частиц, закон сохранения заряда постоянно находит свое подтверждение. Таким образом, он служит выражением одного из фундаментальных свойств электрического заряда.

Существование двух родов электрических зарядов

В 1733 г. ученый из Франции Ш. Дюфе установил факт существования электрических зарядов в двух родах: стеклянном и смоляном. Разноименные заряды склонны к притяжению, а одноименные – к отталкиванию.

Так, согласно опытам, смоляное электричество возникало на янтаре, а стеклянное – на поверхности стекла, драгоценных камней, шерсти животных. В 1747 г. ученый Б. Франклин предложил называть «положительным» стеклянное электричество, обозначая его знаком «+» (плюс), а смоляное – отрицательным (знак «минус»).

В момент соприкосновения электризоваться всегда будут оба тела. Это можно проследить на некоторых примерах:

в паре эбонит + мех электризация эбонита будет отрицательной, а меха – положительной;
если взять пару металл + шерсть, то отрицательно заряженным окажется металл, а мех- положительно заряженным;
в паре металл + каучук наблюдается положительная электризация металла, а каучук – отрицательно электризуется. Главными носителями положительных зарядов оказываются протоны, а отрицательных – электроны.

Решение задач по теме «Закон Кулона. Напряженность электрического поля»

На прошлых уроках мы сформулировали закон сохранения электрического заряда, закон Кулона и ввели понятие напряжённости электрического поля. На этом уроке мы решим типовые задачи с применением ранее полученных знаний.

Два одинаковых шарика обладают зарядами 8 нКл и -4 нКл. Шарики приводят в соприкосновение и разводят на прежние места. Как изменилась сила взаимодействия этих зарядов (заряженных шариков)?

Дано:

;

Найти: , – кулоновская после взаимодействия шариков; – кулоновская сила, которая была до соприкосновения шариков.

Решение

Переводим данные в систему СИ:

Система из двух шариков замкнутая, следовательно, сумма зарядов, входящих в эту систему, остаётся величиной постоянной (закон сохранения электрического заряда):

Так как шарики одинаковые, то при соприкосновении заряд перераспределится и заряды шариков будут одинаковыми (

Запишем кулоновскую силу до взаимодействия зарядов (шариков):

Кулоновская сила после взаимодействия зарядов (шариков):

Отношение этих сил равно:

Ответ:

На тонкой шёлковой нити подвешен шарик, масса которого – 2 г. Этот шарик обладает зарядом 2 нКл. На какое расстояние надо поднести к данному шарику другой шарик, заряд которого 5 нКл, чтобы натяжение нити уменьшилось в два раза?

Дано: ; ; ;

(T – первоначальная сила натяжения,

– сила натяжения после того, как поднесли другой шарик).

Найти: r

Решение

Переводим данные в систему СИ:

1. Укажем силы, действующие на шарик при отсутствии внешнего электрического поля (см. Рис. 1):

— сила натяжения – ;

— сила тяжести – .

Эти силы направлены в разные стороны. Согласно первому закону Ньютона:

(шарик находится в состоянии покоя)

Рис. 1. Иллюстрация к задаче

Сила натяжения совпадает по направлению с выбранной осью OY, сила тяжести направлена против оси OY:

2. Второй шарик подносим к первому снизу, как показано на рисунке 2 (шарики обладают положительными зарядами, поэтому сила электрического действия (

) будет уменьшать силу натяжения нити (

)).

Рис. 2. Иллюстрация к задаче

Относительно оси OY запишем выражение:

Так как , а :

Электрическая сила () является кулоновской силой, поэтому:

Из данного выражения найдём искомое значение r – расстояние между зарядами (шариками):

; – для вакуума

Ответ:

Капля масла, масса которой , находится в электрическом поле во взвешенном состоянии. Напряжённость электрического поля равна 100 Н/Кл. Необходимо определить заряд капли масла.

Дано: ;

Найти:

Решение

Переводим данные в систему СИ:

На рисунке 3 изображена капля, находящаяся в однородном электрическом поле (между положительно заряженной плоскостью (внизу) и отрицательно заряженной плоскостью (вверху)).

Капля будет находиться в состоянии покоя, если сила тяжести, действующая на неё, и сила электрического действия () (то есть кулоновская сила, которая действует на заряд, сосредоточенный на капле) обеспечивают ей равновесие.

Рис. 3. Иллюстрация к задаче

Согласно направлению векторов действующих сил и выбранной оси OY:

Напряжённость электрического поля равна отношению электрической силы к заряду, помещённому в это поле:

Так как , то:

Из полученного выражения найдём заряд капли масла:

Ответ:

Список литературы

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика: учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни. – М.: Просвещение, 2008.
Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2000.
Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10–11 кл.: пособие для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2013.
Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. 10 класс. В 2 ч. Ч. 1. Учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2009.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Distant.phys.msu.ru (Источник).
Phyzika.ru (Источник).
Bambookes.ru (Источник).

Домашнее задание

Сформулируйте закон Кулона.
Стр. 89: № 685–687; стр. 91: № 703, 704. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10–11 кл. (Источник).
Какая сила действует на заряд 12 нКл, помещенный в точку, в которой напряженность электрического поля равна 2 кВ/м?
Найти напряженность поля заряда 36 нКл в точках, удаленных от заряда на 9 см и 18 см.
На каком расстоянии друг от друга заряды 1 мкКл и 10 нКл взаимодействуют с силой 9 мН?

Закон Кулона: простые задачи

Этой статьей я открываю целую серию статей по электростатике, как всегда, предлагая вам решение сначала простых, а потом все более сложных задач. Формулу для нахождения силы кулоновского взаимодействия отдельно не привожу: она встретится вам в каждой задаче.

Задача 1. Заряженный шарик приводят в соприкосновение с точно таким же незаряженным шариком. Находясь на расстоянии r=15 см, шарики отталкиваются с силой F=1 мН. Каков был первоначальный заряд заряженного шарика?

При соприкосновении заряд разделится ровно пополам (шарики одинаковые).По данной силе взаимодействия можем определить заряды шариков после соприкосновения (не забудем, что все величины надо представить в единицах СИ – $F=10^{-3}$ Н, r=0,15 м):

$F=\frac{kq^2}{r^2}$

$q^2=\frac{Fr^2}{k}$

$k=\frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}=9\cdot 10^9$

$q=\sqrt{\frac{Fr^2}{k}}=\sqrt{\frac{10^{-3}\cdot(0,15)^2}{9\cdot 10^9}}=5\cdot 10^{-8}$

Тогда до соприкосновения заряд заряженного шарика был вдвое больше:

$q_1=2\cdot 5\cdot 10^{-8}=10^{-7}$

Ответ: $q_1=10^{-7}=10\cdot10^{-6}$ Кл, или 10 мкКл.

Задача 2. Два маленьких одинаковых заряженных шарика с зарядами q_1=2 мкКл и q_2=-4 мкКл находятся на расстоянии r=30 см друг от друга. На сколько изменится сила их взаимодействия, если шарики привести в соприкосновение и затем вновь развести на прежнее расстояние?

Рассчитаем силу взаимодействия до соприкосновения, подставляем данные в единицах СИ:

$F=\frac{kq_1\cdot q_2}{r^2}=\frac{9\cdot 10^9\cdot 2\cdot10^{-6} \cdot 4\cdot10^{-6} }{(0,3)^2}=0,8$

В формулу для вычисления кулоновской силы подставляем модули зарядов, а про себя помним, что раз заряды разных знаков, то они притягиваются.

Теперь подумаем, что случится при прикосновении таких разноименно заряженных шариков. Если бы заряды их были равны, то они полностью компенсировали бы друг друга: каждый электрон нашел бы себе положительную пару. Но заряды не равны, а именно, заряд отрицательно заряженного шарика больше по модулю. То есть электронов больше, чем положительных ионов. При соприкосновении шариков электроны и положительные ионы образуют нейтральные атомы, и все равно электроны останутся в избытке. Этот избыток разделится ровно пополам между шариками, и каждый станет обладателем отрицательного заряда:

$Q=\frac{q_1+q_2}{2}=\frac{2\cdot10^{-6}+(-4\cdot10^{-6})}{2}=-1\cdot10^{-6}$

Теперь шарики будут отталкиваться с силой, равной

$F_1=\frac{kQ^2}{r^2}=\frac{9\cdot 10^9\cdot 1\cdot10^{-12}}{(0,3)^2}=0,1$

Теперь определим, на сколько изменилась сила взаимодействия. Тут надо вспомнить правило сложения-вычитания сил. Предположим, сила притяжения была направлена влево. Тогда сила отталкивания будет направлена вправо, то есть изменение силы равно:

К задаче 2

$\Delta F=F_2-F_1=0,1-(-0,8)=0,9$

Ответ: $\Delta F=0,9$ Н.

Задача 3. Два маленьких одинаковых по размеру шарика, находясь на расстоянии R=0,2 м, притягиваются с силой $F_1=4 \cdot 10^{-3}$ Н. После того как шарики были приведены в соприкосновение и затем вновь разведены на прежнее расстояние, они стали отталкиваться с силой $F_2=2,25 \cdot 10^{-3}$ Н. Определить первоначальные заряды шариков q_1 и q_2 .

Понятно, что до соприкосновения заряды разноименные, а после – одноименные. Далее оперируем модулями зарядов вплоть до момента записи ответа.

Сила взаимодействия до прикосновения

$F_1=\frac{kq_1\cdot q_2}{r^2}$

После прикосновения заряды шариков будут одинаковыми и равными

$Q=\frac{q_1-q_2}{2}$

Тогда шарики отталкиваются с силой:

$F_2=\frac{kQ^2}{r^2}=\frac{k(q_1-q_2)^2}{4r^2}$

Из этих двух уравнений имеем систему:

$\begin{Bmatrix} { q_1\cdot q_2=\frac{F_1 r^2}{k}} \\ {(q_1-q_2)^2=\frac{4F_2 r^2}{k}} \end{matrix}$

$\begin{Bmatrix} { q_1\cdot q_2=\frac{F_1 r^2}{k}} \\ {(q_1^2-2q_1q_2+q_2^2=\frac{4F_2 r^2}{k}} \end{matrix}$

Разделим уравнения одно на другое:

$\frac{ q_1^2-2q_1q_2+q_2^2}{ q_1\cdot q_2}=\frac{4F_2}{F_1}$

$\frac{q_1}{q_2}-2+\frac{q_2}{q_1}=\frac{4\cdot2,25 \cdot 10^{-3}}{4 \cdot 10^{-3}}$

$\frac{q_1}{q_2}-2+\frac{q_2}{q_1}=\frac{9}{4}$

$\frac{q_1}{q_2}-4,25+\frac{q_2}{q_1}=0$

Обозначим $\frac{q_1}{q_2}=a$ , тогда:

$a-4,25+\frac{1}{a}=0$

Или

$a^2-4,25a+1=0$

$D=4,25^2-4=\frac{289}{16}-\frac{64}{16}=\frac{225}{16}$

$a_1=\frac{4,25+\sqrt{\frac{225}{16}}}{2}=4$

$a_2=\frac{4,25-\sqrt{\frac{225}{16}}}{2}=\frac{1}{4}$

Делая обратную замену, получим $\frac{q_1}{q_2}=4$ или $\frac{q_1}{q_2}=\frac{1}{4}$ , то есть либо , либо $q_1=\frac{q_2}{4}$ .

Произведение зарядов можно найти:

$q_1\cdot q_2=\frac{F_1 r^2}{k}}=\frac{4 \cdot 10^{-3}\cdot(0,2)^2}{9 \cdot 10^9}=\frac{16}{9}\cdot 10^{-14}$

Тогда:

$q_1\cdot q_2=\frac{16}{9}\cdot 10^{-14}$

$4q_2\cdot q_2=\frac{16}{9}\cdot 10^{-14}$

$q_2^2=\frac{4}{9}\cdot 10^{-14}$

$q_2=\sqrt{\ frac{4}{9}\cdot 10^{-14}}=\frac{2}{3}\cdot 10^{-7}$

В этом случае $q_1=\frac{8}{3}\cdot 10^{-7}$ .

Во втором случае, когда $q_1=\frac{q_2}{4}$ , имеем:

$q_1\cdot q_2=\frac{16}{9}\cdot 10^{-14}$

$\frac{1}{4}q_2\cdot q_2=\frac{16}{9}\cdot 10^{-14}$

$q_2^2=\frac{64}{9}\cdot 10^{-14}$

$q_2=\sqrt{\frac{64}{9}\cdot 10^{-14}}=\frac{8}{3}\cdot 10^{-7}$

В этом случае $q_1=\frac{2}{3}\cdot 10^{-7}$ .

Поскольку в итоге шарики отталкиваются, то итоговые заряды – отрицательные. Тогда варианты ответа: либо $q_1=\frac{2}{3}\cdot 10^{-7}$ , $q_2=-\frac{8}{3}\cdot 10^{-7}$ Кл, либо наоборот, $q_2=\frac{2}{3}\cdot 10^{-7}$ , $q_1=-\frac{8}{3}\cdot 10^{-7}$ Кл.

Задача 4. Два одинаковых маленьких металлических шарика притягиваются с некоторой силой. Шарики привели в соприкосновение и раздвинули на расстояние в n=2 раза большее, чем прежде. При этом модуль силы взаимодействия уменьшился в m=5 раз. Найти величину заряда первого шарика до соприкосновения, если второй имел заряд q_2=1,6 нКл.

Запишем силу взаимодействия шариков до сприкосновения:

$F_1=\frac{kq_1\cdot q_2}{r^2}$

После соприкосновения она уменьшилась в 5 раз:

$F_2=\frac{F_1}{5}=\frac{kq_1\cdot q_2}{5r^2}$

С другой стороны, заряды шариков изменились, и сила взаимодействия стала равной:

$F_2=k\left(\frac{q_1-q_2}{2}\right)^2\frac{1}{(2r)^2}$

Приравняем правые части этих равенств:

$\frac{kq_1\cdot q_2}{5r^2}= k\left(\frac{q_1-q_2}{2}\right)^2\frac{1}{4r^2}$

$\frac{q_1\cdot q_2}{5}= \frac{(q_1-q_2)^2}{4}\frac{1}{4}$

$\frac{16}{5}= \frac{q_1-2q_1q_2+q_2^2}{q_1q_2}$

$\frac{16}{5}= \frac{q_1}{q_2}-2+\frac{q_2}{q_1}$

Опять вводим замену и решаем квадратное уравнение:

Обозначим $\frac{q_1}{q_2}=t$ , тогда:

$t-2+\frac{1}{t}=\frac{16}{5}$

Или

$t^2-\frac{26}{5}t+1=0$

$D=\frac{26^2}{25}-4=\frac{676}{25}-\frac{100}{25}=\frac{576}{25}$

$t_1=\frac{\frac{26}{5}+\sqrt{\frac{576}{25}}}{2}=5$

$t_2=\frac{\frac{26}{5}-\sqrt{\frac{576}{25}}}{2}=\frac{1}{5}$

Делаем обратную замену, получим $\frac{q_1}{q_2}=5$ или $\frac{q_1}{q_2}=\frac{1}{5}$ , то есть либо , либо $q_1=\frac{q_2}{5}$ . Теперь отыщем q_1 :

$q_1=5q_2=5\cdot1,6\cdot 10^{-9}=8\cdot 10^{-9}$

Либо же

$q_1=\frac{q_2}{5}=\frac{1,6\cdot 10^{-9}}{5}=0,32\cdot 10^{-9}$

Ответ: $q_1=8\cdot 10^{-9}$ , или 8нКл, либо $q_1=0,32\cdot 10^{-9}$ , что равно 0,32 нКл.

Основной закон электростатики. Решение задач

Основной закон электростатики – это закон, который описывает силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами.

Основной закон электростатики открыл Шарль Кулон в 1785 году.

В случае, когда расстояние между телами намного больше их размеров, форма и размеры заряженных тел не оказывают существенного влияния на взаимодействие между ними. И тогда заряженные тела считаются точечными зарядами.

Закон Кулона. Сила взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.Такая сила называется кулоновской.

Закон Кулона можно записать в следующем виде:

где k – коэффициент пропорциональности, численно равный силе взаимодействия единичных зарядов на расстоянии, равном единице длины; |q₁| и |q₂| – модули зарядов, r – расстояние между зарядами.

Легко заметить, что два заряженных шарика, подвешенные на нитях, будут либо притягиваться, либо отталкиваться друг от друга. Следовательно, силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды:

В соответствии с третьим законом Ньютона F^->_1,2= -F^->_2,1.

Единицей заряда является кулон. В Международной системе единиц (СИ) единица заряда не основная, она является производной. В качестве основной единицы электрических величин в СИ введена единица силы тока – ампер.

Единица заряда в СИ – кулон устанавливается при помощи единицы силы тока. 1 Кл – заряд, который за 1 с проходит через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

Элементарный электрический заряд e = 1,6 · 10^-19 Кл.

Примеры решения задач на применение закона Кулона.

Задача 1.

Сколько электронов содержится в капле воды массой m = 0,03 г? Масса молекулы воды m₀=_{3 · 10}^-23г.

Решение.

Молекула воды (H₂O) содержит 10 электронов. Капля воды содержит m/m_{0 = 10}²¹молекул. Из этого следует, что в капле воды содержится 10²²электронов.

Ответ. 10²²электронов.

Задача 2.

Два одинаковых шарика подвешены на нитях, длина которых l = 2, 0 м к одной точке. Шарики разошлись на расстояние r = 16 см, когда им сообщили одинаковые заряды по q = 2,0 · 10^-8 Кл. Определите натяжение каждой нити.

Решение.

Каждый шарик находится под действием трех сил: силы тяжести mg^->, силы упругости F_упр^->нити и кулоновской силы F^->. (см. рис.)

Шарик неподвижен, из этого следует, суммы проекций сил на оси ОХ и OY равны нулю. Для суммы проекций сил на ось OX это условие имеет вид

F – F_{упр sin a + mg cos 90}⁰ = 0

Т.к. sin a = r /2l и F = kq²/ r², то F_упр = F / sin a = F2l / r = k · q²2l / r²

Fупр ≈ 3,5 · 10^-3 H.

Урок «Закон Кулона-основной закон электростатики»

Урок № Класс: 10Б Дата:

Учитель: Гордюшина Элина Анатольевна

Всего в классе учащихся : 16 Присутствовало:

Открытый урок по теме:

«Закон Кулона – основной закон электростатики.»

Тип урока: изучение нового материала.

Цели:

Образовательная:

Рассмотреть, как происходит взаимодействие точечных зарядов.

Добиться понимания учащимися закона Кулона, его физического смысла и границ применения.

Сравнить электростатические и гравитационные силы.

Воспитательная:

формирование научного мировоззрения.

формирование основных навыков решения задач на применение закона Кулона.

Развивающая:

развитие умений наблюдать, анализировать, сравнивать и делать выводы.

Оборудование: учебник 10класс «Физика», ПК, интерактивная доска, компьютерная презентация, раздаточный материал.

План урока:

Организационный момент (2 минуты).
Актуализация имеющихся знаний (6 минут).
Повторение пройденного материала (10мин)
Активизация познавательной деятельности (2 мин)
Объяснение нового материала (13 минут).
Физминутка (2мин)
Решение задач (5 минут).
Домашнее задание, подведение итогов (2 минуты).

Ход урока.

Эпиграф к уроку: «Три пути ведут к знанию: путь размышления—это путь самый благородный, путь подражания—это путь самый легкий, и путь опыта—это путь самый горький»

Организационный момент.(2мин)

— Приветствие

-Отметить отсутствующих

-Проверить готовность к уроку

— Здравствуйте! Садитесь.

— Ребята, на последнем уроке мы с вами рассматривали начала электростатики, ее качественные законы (особенности). Начиная с этого урока, мы приступим к изучению количественных законов электромагнитных взаимодействий, а сегодня рассмотрим основной закон электростатики – закон взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел или частиц .

— Но прежде, давайте вспомним, что мы с вами изучили на прошлом уроке.

2.Актуализация имеющихся знаний.(6 мин)

1. Тест (взаимооценивание)

1 вариант

1. Силы, действующие на заряды, правильно указаны на рисунке

только А
только Б
только В
Б и В
А и В

2. Если две заряженные материальные точки притягиваются, то обязательно

обе имеют положительный заряд
обе имеют отрицательный заряд
одна имеет положительный заряд, а другая – отрицательный
либо обе имеют положительный заряд, либо обе имеют отрицательный заряд

3. Если две заряженные материальные точки отталкиваются, то обязательно

обе имеют положительный заряд
обе имеют отрицательный заряд
либо обе имеют положительный заряд, либо обе имеют отрицательный заряд
одна имеет положительный заряд, а другая – отрицательный

4. Единица измерения электрического заряда (в СИ)

Вольт
Ватт
Кулон
Ом
Ампер

5. Водяная капля с электрическим зарядом +2^.10^-8 Кл соединилась с другой каплей, обладающей зарядом +2^.10^-8 Кл. Заряд образовавшейся капли равен

+4^.10^-8 Кл
+2^.10^-8 Кл
0
-2^.10^-8 Кл
-4^.10^-8 Кл

6. От водяной капли, обладающей электрическим зарядом +2е, отделилась маленькая капля с зарядом -3е. Электрический заряд оставшейся части капли равен

–5е
–3е
–е
+3е
+5е

2 вариант

1. В каком случае взаимодействие зарядов указано правильно?

только А
только Б
только В
Б и В
А и В

2. Известно, что натиранием о шерсть заряжаются палочки из резины, серы, эбонита, пластмассы, капрона. Заряжается ли при этом шерсть?

Да, т.к. в электризации трением всегда участвуют два тела и при этом электризуются оба;
хотя в электризации трением участвуют два тела, в опытах всегда используются только палочки. Поэтому можно считать, что заряжаются только палочки.

3. Как взаимодействуют друг с другом эбонитовая палочка, наэлектризованная трением о мех, и стеклянная палочка, наэлектризованная трением о шёлк?

будут притягиваться
будут отталкиваться
не будут взаимодействовать

4. Нейтральная капля разделилась на две. Первая обладает электрическим зарядом +q . Каким зарядом обладает вторая капля?

+2q
-q
+q

5. Можно ли создать или уничтожить электрический заряд?

Нельзя создать или уничтожить электрический заряд.
Создать можно, уничтожить нельзя.
Создать нельзя, уничтожить можно.

6. Алгебраическая сумма электрических зарядов атома в нормальном состоянии равна нулю, поэтому он:

Заряжен отрицательно
Электрически нейтрален
Заряжен положительно

Ответы:

1 вариант: 1.В; 2.С; 3.С; 4.С; 5.А; 6.Е

2 вариант: 1.С; 2.А; 3.А; 4.В; 5.А; 6.В.

Проставьте оценки в карту урока: критерии оценивания:

«5» — 6 правильных ответов

«4» — 5 правильных ответов

«3» — 3-4 правильных ответов

Работа в группах: Лучший эрудит (10мин)

Группа Какие меры предосторожности надо принять, чтобы при переливании бензина из одной цистерны в другую он не воспламенился?

(Во время перевозки и при переливании бензин электризуется, может возникнуть искра, и бензин вспыхнет. Чтобы этого не произошло, обе цистерны и соединяющий их трубопровод заземляют)

Группа Для заземления цистерны бензовоза к ней прикрепляют стальную цепь, нижний конец которой несколькими звеньями касается земли. Почему такой цепи нет у железнодорожной цистерны?

(Потому, что железнодорожная цистерна заземлена через колеса рельса)

Группа Может ли одно и тоже тело, например эбонитовая палочка, при трении электризоваться то отрицательно, то положительно?

(Может, в зависимости от того, чем ее натирают)

Группа Если вынуть один капроновый чулок из другого и держать каждый в руке на воздухе, то они расширяются. Почему?

(При трении чулки электризуются. Одноименные заряды отталкиваются. Поэтому поверхность чулка раздувается.)

Критерии оценивания:

*четкий ответ 1 балл

*знание пройденного материала 1 балл

*умение объяснить с точки зрения физических явлений и законов 2 балла

*регламент времени 1 балл (2мин)

Группы оценивают друг друга. (2 мин)

Подготовка к восприятию нового материала: (2мин)

Какие типы взаимодействий вы знаете?
Как на опыте показать, что между телами существует гравитационное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие?

3. Объяснение нового материала.(13мин)

— Мы с вами сейчас вспомнили, что происходит при взаимодействии тел.

— А теперь давайте рассмотрим, с какой силой могут взаимодействовать заряженные тела.

— Ребята, откройте тетради и запишите тему сегодняшнего урока «Закон Кулона – основной закон электростатики».

— Первые количественные результаты по измерению силы взаимодействия двух точечных зарядов были получены в 1785 году французским ученым Шарлем Огюстеном Кулоном.

*Выступление ученика « Ш.О. Кулон».презентация

— Сегодня мы введем понятие точечного заряда.

Точечный заряд – заряд, сосредоточенный на теле, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.

— Понятие точечного заряда, как и материальной точки является физической абстракцией.

— Кулон для измерения этой силы использовал крутильные весы.

— Итак, Кулон определял силу взаимодействия заряженных сфер по углу закручивания нити в зависимости от расстояния между ними.

— В результате многочисленных измерений силы взаимодействия двух неподвижных точеных зарядов в вакууме Кулон установил закон, названный впоследствии его именем.

Закон Кулона: Два неподвижных точечных электрических заряда взаимодействуют в вакууме с силой, прямо пропорциональной произведению этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

где:

q _1,q ₂— величина зарядов [Кл]

r— расстояние между зарядами [м]

k – коэффициент пропорциональности [Н•м²/Кл²]

F— сила Кулона (кулоновская сила) [Н]

— Ребята давайте запишем в тетрадь закон Кулона, величины и единицы их измерения.

— В Международной системе единиц (СИ) за единицу электрического заряда принят 1 кулон (1 Кл).

1 кулон – это точечный заряд, который действует в вакууме на равный ему точечный заряд, расположенный на расстоянии, равном 1 м, силой 9•10⁹ Н.

— Опытным путем было установлено, что коэффициент пропорциональности k в СИ имеет вид:

В СИ закон Кулона для вакуума имеет вид:

— Дальнейшие опыты показали, что наличие вещества вокруг зарядов влияет на силу их взаимодействия. Если, не меняя заряды и их взаимное расположение, пространство заполнить однородной непроводящей средой (керосином, водой, маслом и т.п.), то сила взаимодействия между зарядами уменьшится в ε раз. Величина ε называется диэлектрической проницаемостью среды. Для каждой среды она имеет определенное значение, полученное опытным путем.

— Итак, закон Кулона в зависимости от среды имеет вид:

Границы применимости закона:

Заряженные тела должны быть точечными. Если же размеры и расстояния соизмеримы, то закон Кулона не применим. В этом случае необходимо мысленно «разбить» тело на такие малые объемы, чтобы каждый из них отвечал условию точечности. Суммирование сил, действующих между элементарными объемами заряженных тел, дает возможность определить электрическую силу.
Заряженные тела должны быть неподвижными, т.к. при движении заряженных тел проявляется действие магнитного поля, возникающего в результате этого движения.
ФИЗМИНУТКА (2мин)

4. Закрепление темы урока. Решение задач.( задания по подготовке к ЕНТ) Поверь – это не трудно! (5мин) с последующей проверкой на интерактивной доске (самооцениванием выявление ошибок)

Критерии оценивания:

— правильно запись «дано» – 1балл

— запись основной формулы -1балл

— правильное решение – 2 балла

— запись ответа – 1балл

1. Во сколько раз изменится сила взаимодействия между двумя точечными заряженными телами, если:

а) расстояние между ними увеличить в 3 раза;

б) заряд одного из них увеличить в 5 раз?

Дано:

r₁=r

r₂=3r

q₁=q₂=q

Решение:

Ответ: сила уменьшится в 9 раз.

F₁/F₂ — ?

Дано:

r=r^*

q₁=q₂=q

q₁^*=q

q₂^*=5q

Решение:

Ответ: сила увеличится в 5 раз.

F^*/F-?

Закрепление темы урока: самостоятельная работа: (если останется время, если нет, то задачи будут на домашнее задание)

3. Сила взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов, находящихся на расстоянии 0,5 м, равна 3,6 Н найдите величины этих зарядов.

Дано:

r=0,5 м

F=3,6 Н

k=9•10⁹ Н•м²/Кл²

q₁=q₂=q

Решение:

Ответ: q=0,1•10^-4 Кл

q — ?

4. На каком расстоянии нужно расположить два заряда 5•10 ^-9Кл и 6•10 ^-9 Кл, чтобы они отталкивались друг от друга с силой 12•10^-5 Н.?

Дано:

F=12•10^-4 Н

k=9•10⁹ Н•м²/Кл²

q₁=5•10 ^-9Кл

q₂=6•10 ^-9 Кл

Решение:

Ответ: q=0,1•10^-4 Кл

r — ?

Итог урока (2мин)

— анализ работы учащихся

— инструктаж по выполнению домашнего задания:

СПАСИБО ЗА УРОК!!!!!

4. Решение задач. Поверь – это не трудно! (5мин) с последующей проверкой у доски

Критерии оценивания:

— правильно запись «дано» – 1балл

— запись основной формулы -1балл

— правильное решение – 2 балла

— запись ответа – 1балл

1. Во сколько раз изменится сила взаимодействия между двумя точечными заряженными телами, если:

а) расстояние между ними увеличить в 3 раза;

б) заряд одного из них увеличить в 5 раз?

4. Решение задач. Поверь – это не трудно! (5мин) с последующей проверкой у доски

Критерии оценивания:

— правильно запись «дано» – 1балл

— запись основной формулы -1балл

— правильное решение – 2 балла

— запись ответа – 1балл

1. Во сколько раз изменится сила взаимодействия между двумя точечными заряженными телами, если:

а) расстояние между ними увеличить в 3 раза;

б) заряд одного из них увеличить в 5 раз?

4. Решение задач. Поверь – это не трудно! (5мин) с последующей проверкой у доски

Критерии оценивания:

— правильно запись «дано» – 1балл

— запись основной формулы -1балл

— правильное решение – 2 балла

— запись ответа – 1балл

1. Во сколько раз изменится сила взаимодействия между двумя точечными заряженными телами, если:

а) расстояние между ними увеличить в 3 раза;

б) заряд одного из них увеличить в 5 раз?

4. Решение задач. Поверь – это не трудно! (5мин) с последующей проверкой у доски

Критерии оценивания:

— правильно запись «дано» – 1балл

— запись основной формулы -1балл

— правильное решение – 2 балла

— запись ответа – 1балл

1. Во сколько раз изменится сила взаимодействия между двумя точечными заряженными телами, если:

а) расстояние между ними увеличить в 3 раза;

б) заряд одного из них увеличить в 5 раз?

План-конспект урока по физике (10 класс) на тему: Основной закон электростатики — закон Кулона

Сегодня на уроке мы продолжим изучение взаимодействия электрических зарядов и установим закон их количественного взаимодействия, который носит название основного закона электростатики – закона Кулона. Давайте вспомним, что мы узнали о электрических зарядах на прошлых уроках. Начнем с основных понятий электростатики.

Что такое электрический заряд, какие виды зарядов вы знаете?
Как звучит закон взаимодействия заряженных тел?
Что же такое электризация тел?
Какими способами можно наэлектризовать тело?
Как можно узнать наэлектризовано ли тело? Пример с линейкой.
Расскажите как устроен электрометр? Как он работает?
Перед вами слайд с примерами явлений вызванными электризацией тел, поясните каждый из примеров.
Давайте посмотрим на следующий слайд, и ответим на вопрос: Почему при перевозке бензина к цистерне прикрепляют металлическую цепь, касающуюся земли?
Почему таких цепь нет у железнодорожных вагонов, перевозящих бензин?
Какие вещества называют проводниками, а какие диэлектриками? Приведите примеры.
Вы наверно слышали понятие молниеотвод, кто сможет сказать, что это такое?
Чтобы объяснить электризацию тел, а также, почему одни вещества являются проводниками, а другие нет, давайте вспомним каково устройство атомов, примеры из таблицы Менделеева?
Что же происходит при электризации тел, в частности при трении???
Меняется ли масса при электризации тел?
Давайте еще раз скажем как взаимодействуют заряженные тела.

Мы знаем что, одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются друг к другу. Сегодня на уроке, мы изучим закон, который позволяет количественно описать силу с которой взаимодействуют эти тела. Этот закон носит название «Основного закона электростатики – закона Кулона».

Прежде чем его записать давайте сами побудем на месте Кулона и представим от каких параметров может зависеть эта сила?

Предположения, демонстрация, запись на доске…

Кулон дал точную количественную зависимость силы взаимодействия заряженных тел: слайд…. Запись в тетрадь…

Как же он пришел к такому выводу? Обратимся к его установки по определению силы взаимодействия заряженных тел. Идея опытов Кулона аналогична идеи опыта Кавендиша по определению гравитационной постоянной.

Давайте подумаем, как Кулон исследовал зависимость силы от величины заряда???…..

Сила взаимодействия – это у нас векторная величина, куда же она направлена?
Силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов, направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды.

При одновременном действии на данный заряд нескольких зарядов результирующая сила равна векторной сумме всех действующих сил.

Как и большинство законов физики, закон Кулона имеет ограниченную область применения. Он справедлив для неподвижных точечных зарядов. Разберем данное утверждение, что означат неподвижный заряд? точечный заряд?

Доклад «Жизнь и деятельность Ш. Кулона»

Закрепим изученный материал на решении задач из ЕГЭ за прошлые года…Сформулируем закон еще раз…

Закон Кулона — два заряженных тела взаимодействуют друг с другом силами, прямо пропорциональными зарядам обоих тел и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними.

Как изменится сила кулоновского взаимодействия, если…

А) величина одного из зарядов увеличится в 2 раза;

Б) величина одного из зарядов увеличится в 3 раза, а второго уменьшится в 9 раз;

В) расстояние между зарядами увеличится в 6 раз;

Г) величина одного из зарядов увеличится в 4 раза, а расстояние между ними уменьшится в 2 раза;

Глядя на закон Кулона, какой закон механики вспоминается, изученный нами раннее???

Давайте сделаем табличку и отметим сходства и различия…

Давайте с вами рассчитаем отношение силы Кулона к силе всемирного тяготения, для атома водорода, данные есть на доске.

Мы с вами видим, что сила с которой взаимодействуют электрически заряженные тела во много раз больше гравитационных, плюс мы с вами живем в мире электрических зарядов, следовательно роль этих сил очень велика и на них стоит обратить особое внимание. На следующем уроке мы продолжим изучение электрических взаимодействий. А сейчас мы подведем итог урока и отметим на листочках, которые у вас на столе, ……

Электростатика и закон Кулона

Что такое электростатика

Закон Кулона

Электростатика, видео

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

Законы электростатики

Закон Кулона

Закон сохранения электрического заряда

Существование двух родов электрических зарядов

Решение задач по теме «Закон Кулона. Напряженность электрического поля»

Закон Кулона: простые задачи

Основной закон электростатики. Решение задач

Урок «Закон Кулона-основной закон электростатики»

План-конспект урока по физике (10 класс) на тему: Основной закон электростатики — закон Кулона

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики