Конспект занятия по теме: &quot;Закон Кулона&quot;

КОНСПЕКТ ЗАНЯТИЯ ПО ТЕМЕ:

«ЗАКОН КУЛОНА».

Цель занятия:

1. Разъяснить физический смысл закона Кулона;

2. Указать границы применимости;

3. Научиться решать задачи на применение формулы закона Кулона.

ХОД занятия:

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 формулируется закон сохранения электрического заряда?

6. Остается ли неизменной масса тела при его электризации?

II. Физический диктант. «Электризация тел. Закон сохранения электричесого 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 отчета?

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?

III. Изучение нового материала.

А) Биография Ш. Кулона.

ШАРЛЬ ОГЮСТЕН КУЛОН (1736— 1806)

Французский физик Шарль Кулон родился в городе Ангулеме. После окончания средней школы он поступил на военную службу. В Париже прошел инженерную подготовку и был направлен на остров Мартинику для строительства укреплений. В 1772 г. Кулон вернулся во Францию и был назначен инженером по крепостным и водным сооружениям. Одновременно со службой он проводил научные исследования. Вначале его привлекли проблемы трения, кручения и сопротивления материалов.

Его имя стало известно в научном мире в 1777 г., когда он опубликовал ряд работ, в которых представил результаты экспериментов по измерению кручения волос, шелковых и металлических нитей.

За эти работы в 1781 г. Кулона избрали членом Парижской академии наук.

Пользуясь изобретенными им крутильными весами, Кулон детально исследовал взаимодействие одноименных и разноименных точечных электрических зарядов. Эти эксперименты привели к открытию в 1785 г. основного закона электростатики — закона Кулона . В своих опубликованных работах 1785—1789 гг. ученый показал, что электрические заряды всегда располагаются на поверхности проводника, ввел понятия магнитного момента и поляризации зарядов и т. д.

экспериментальные работы Кулона имели важное значение для создания теории электромагнитных явлений. Его именем названа единица количества электричества (Кулон).

Б) Объяснение закона Кулона

В 1785 г. французским физиком Шарлем Кулоном установлен закон взаимодействия точечных зарядов.

Точечными зарядами называют заряженные тела размеры которых много меньше расстояния между ними.

Опыты Кулона

Проведя большое количество опытов (см. рис.1), Кулон установил, что в вакууме:

F ~

F ~ 1/R2

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Кулоновская сила подчиняется III закону Ньютона: силы взаимодействия между зарядами равны по модулю и направлены противоположно друг другу вдоль прямой, соединяющей эти заряды. Кулоновские силы F — центральные силы.

Разноименные заряды притягиваются.

Одноименные заряды отталкиваются.

Единица заряда — кулон (1 Кл). Это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А.

Минимальный заряд, существующий в природе,— заряд электрона:

q = - 1,6.10-19 Кл.

Коэффициент пропорциональности k, выраженный из закона Кулона:

Установлено, что если q1 = q2 = 1 Кл и R = 1 м, то в вакууме

k = 9 * 109 .

Т. е. k показывает, что два точечных заряда по 1 Кл каждый на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме взаимодействуют с силой 9 * 109 Н.

Диэлектрическая проницаемость среды ε

Диэлектрическая постоянная ε характеризует электрические свойства среды. Для любой среды ε > 1 и зависит от самой среды;

показывает, во сколько раз сила взаимодействия точечных заряженных тел в вакууме больше их сил взаимодействия в среде при прочих равных условиях.

Закон Кулона для среды:

В системе СИ коэффициент k выражают через электрическую постоянную 0

, следовательно ,

Закон Кулона для среды в СИ:

Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

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. Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов при увеличении каждого заряда в 3 раза, если расстояние между ними уменьшить в 2 раза?

7. Как изменится сила электростатического взаимодействия точечных электрических зарядов при перенесении их из среды с диэлектрической проницаемостью 7 в вакуум, если расстояние между зарядами останется неизменным?

8. Два одинаковых металлических шара заряжены равными по модулю, но разноименными зарядами. Шарики привели в соприкосновение и раздвинули на прежнее расстояние. Во сколько раз изменилась сила взаимодействия?

V. Решение задач.

Задача. Два заряда +1.66 10-9 Кл и +3,33 10-9 Кл находятся на расстоянии 20 см друг от друга. Где надо поместить третий заряд, чтобы он оказался в равновесии?

Дано: q1 = 1.66 10-9 Кл, q2 = 3,33 10-9 Кл, r = 0,42 м,  = 1.

Найти: r1

Решение. Точка, где надо поместить третий заряд q (положительный или отрицательный) лежит на линии, соединяющей эти заряды. Допустим, q - положительный заряд. На него действуют кулоновские силы F1 и F2 (рис. 1) со стороны зарядов q1 и q2. Заряд q находится в равновесии, значит

. Значит в проекциях на ось X: F1 – F2 = 0 или F1 = F2. Учитывая, что

Получим

=>

откуда

r1 = 0,08 м

VI. Задание на дом.

П. 85, 86 решить задачи