ПРОВОДЯЩЕГО ШАРА И БЕСКОНЕЧНОЙ ПЛОСКОСТИ

 

Цель урока: Применить теорему Гаусса для определения напряженности поля равномерно заряженной сферы (проводящего шара) и бесконечной плоскости.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: Электрометр и принадлежности к нему, электростатический маятник, высоковольтный выпрямитель.

План урока:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Объяснение 20 мин

4. Закрепление 10 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный:

Проводники в электростатическом поле.

Задачи:

1. На расстоянии h от проводящей бесконечной плоскости находится точечный заряд +q. Определить напряженность поля в точ­ке А, отстоящей от плоскости и от заряда на расстоянии h.

 

Вопросы:

1. Для того чтобы зерна бездымного пороха не "прилипали" при контакте к предметам, их поверхность покрывают графитом. Почему?

2. Почему проводники для опытов по электростатике делают полыми?

3. Почему легкая незаряженная металлическая гильза всегда притягивается к телу, заряженному любим по знаку зарядом?

4. Электроскоп, стоящий вблизи действующей электрофорной машины, заряжается. Почему? Как устранить действие машины на электроскоп?

5. Как будет действовать наэлектризованная палочка на магнитную стрелку?

6. К металлическому шарику, установленному на электроскопе, одновременно прикасаются наэлектризованной эбонитовой палочкой и рукой. Затем отнимают сначала руку, а потом палочку. Какой знак заряда получит электроскоп?

7. Прав ли Джероламо Кардано, который утверждал: «Янтарь не притягивает к себе соломинку, когда что-либо их разделяет, притяжение железа к магниту не испытывает аналогичных помех»?

8. Что произойдет, если заряженную непроводящую сферу близко поднести к незаряженной проводящей сфере того же радиуса?

III.

Электрическое поле внутри заряженного проводящего шара, на некотором расстоянии от его поверхности, на поверхности шара (демонстрация спектров). Алгоритм определения напряженности поля шара (равномерно заряженной сферы).

 

Частный случай для r = R. Поверхностная плотность заряда (по аналогии с поверхностной плотностью песка) и определение заряда равномерно заряженной сферы. Формула для определения напряженности поля на поверхности заряженного проводящего шара.

q = σS

 

 

Электрическое поле на поверхности и внутри тонкой проводящей пластины. Однородное электрическое поле бесконечной равномерно заряженной плоскости.

2·ES = →

 

Поле двух плоскостей с равной поверхностной плотностью заряда, но с зарядами противоположного знака. Как направлено поле? Чему равна напряженность поля между пластинами и за пределами пластин? В опыте показать, что равномерно заряженная плоскость создает электрическое поле по обе стороны от нее, а две параллельно установленные плоскости, несущие равные заряды противоположных знаков, создают электрическое поле только в пространстве между ними.

Мы научились рассчитывать напряженность поля в самых простых случаях. А как быть, если заряд распределен в пространстве произвольно?

 

IV. Задачи:

1. К гладкой бесконечной плоскости, расположенной вертикально в поле тяжести Земли и имеющей поверхностную плотность заряда σ прикреплен на нити одноименно заряженный шарик массы m и с зарядом q. Найти силу натяжения нити и угол ее отклонения от вертикали.

2. Электрический заряд Земли 570 кКл. Какова напряженность поля на ее поверхности?

3. Какой заряд должна была бы иметь Земля, чтобы ковер-самолет с зарядом 1 Кл и массой 1 т парил над нею? Радиус Земли 6400 км.

4. Две бесконечные параллельные плоскости несут равномерно распределенные по ним электрические заряды с поверхностной плотностью σ = 0,4·10^–7 Кл/м² и σ = – 0,4·10^–7 Кл/м². Определить напряженность поля между пластинами и вне пластин, а также электрическое давление на каждую плоскость.

5. Пылинка зарядом 0,5 нКл расположена на расстоянии 1 мм от поверхности проводящего заряженного шара радиусом 1 см с зарядом того же знака величиной 1 нКл. Найдите силу, действующую на пылинку.

6. Исследуется взаимодействие металлического шара и положительно заряженной частицы, находящейся на постоянном расстоянии от него. Когда шар зарядили положительно, то оказалось что шар притягивается к частице с силой F₁. Когда заряд шара удвоили, сила стала F₂. Какой будет сила их взаимодействия, если заряд шара утроить?

7. На горизонтальную пластинку площадью S с отрицательным зарядом –Q оседают из воздуха пылинки, масса каждой из которых m, а заряд +q. Какова наибольшая масса слоя пыли, осевшей на пластнику? Ускорение свободного падения g. ( ).

 

Вопросы:

1. Всегда ли поверхностная плотность заряда у поверхности проводящего шара во всех точках одинакова?

2. Электрический диполь помещен возле проводящей пластины. В каком направлении он будет двигаться? Весом диполя пренебречь.

3. В полость проводящего шара помещен точечный заряд q. Изобразите силовые линии поля в полости и вне шара. Чему равна напряженность поля в полости: в веществе шара; на поверхности шара?

4. Как известно, заряженный шарик притягивает бумажку. Как изменится сила притяжения, если окружить металлической сферой заряженный шарик; бумажку?

5. Напряженность электрического поля у поверхности Земли около 100 Н/Кл. Какому суммарному заряду планеты это соответствует?

6. На столе, на изоляторе, стоит заряженный электрометр. Чтобы разрядить прибор, ученик коснулся рукой его шарика и увидел, что стрелка отклонилась на больший угол, вместо того, чтобы приблизиться к стрежню. Объясните явление.

7. Если выступающий из заряженного корпуса электрометра конец стрежня накрыть металлическим стаканом с изолирующей ручкой, поставив его на корпус прибора, стрелка электрометра опадет. Почему?

8. Над ровными участками поверхности Земли имеется электрическое поле с напряженностью 100 В/м. Оцените заряд вашего тела, если вы лежите на пляже?

V. § 42

1. Составить обобщающую таблицу "Напряженность электрического поля", используя рисунки, чертежи и текстовый материал.

2. Известно, что вблизи поверхности Земли существует электростатического поле напряженностью порядка 100 Н/Кл. Предложите эксперименты для измерения этого поля.

3. Измерьте поверхностную плоскость листа бумаги.

"В диэлектрике, находящемся под действием электродвижущей силы,

мы можем представлять, что электричество в каждой молекуле

так смещено, что одна сторона молекулы делается

положительно наэлек­тризованной, а другая – отрицательно"

Максвелл

Урок 8. ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

 

Цель урока: Познакомить учащихся с двумя видами диэлектриков, некото­рыми из их свойств и дать представление об их поведении во внешнем электростатическом поле.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: Электрометр, высоковольтный выпрямитель, диэлектрическая пластина. Диафильм "Статическое электричество", обобщающая таблица "Диэлектрик".

План урока:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Объяснение 25 мин

4. Закрепление 5 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II.Опрос фундаментальный:

1. Напряженность электростатического поля заряженного проводящего шара.

2. Напряженность электростатического поля равномерно заряженной бесконечной плоскости.

Задачи:

1. Плоский конденсатор находится в однородном внешнем электрическом поле с напряженностью 10⁴ Н/Кл, перпендикулярном пластинам. Площадь пластин конденсатора 1000 см². Какие заряды окажутся на каждой из пластин, если их замкнуть накоротко?

2. Какая доля электронов должна уйти из приповерхностного слоя меди толщиной 5·10^-10 м, чтобы экранировать перпендикулярное поверхности внешнее электрическое поле напряженностью 3·10⁶ Н/Кл?

3. По сфере радиуса R равномерно распределен заряд q. Определить давление изнутри на поверхность сферы, обусловленное взаимодействием зарядов.

4. Во сколько раз уменьшится сила притяжения двух маленьких шариков, один из которых заряжен, а другой нейтрален, если расстояние между шариками увеличить вдвое?

5. На мыльном пузыре равномерно распределен заряд q. Коэффициент поверхностного натяжения σ. Найти радиус пузыря.

6. Найти силу притяжения точечного электрического диполя с дипольным моментом 4·10^–10 Кл·м к бесконечной металлической пластинке, находящейся на расстоянии 1 см от диполя. Ось диполя перпендикулярна пластинке.

7. Металлический шар радиусом R, полный заряд которого равен Q, разрезан на две части. Плоскость разреза проходит на расстоянии L от центра шара (L<R). С какой силой отталкиваются эти части шара?

Вопросы:

1. Изменится ли сила, действующая на разноименные заряды, если между ними поместить незаряженный металлический шарик?

2. Могут ли два одноименно заряженных тела притягиваться друг к другу?

3. На электроскопе имеется небольшой электрический заряд. Если к шарику электроскопа приближать сильно наэлектризованную палочку, несущую большой отрицательный заряд, то листочки будут сначала опадать, а потом опять расходится. Как это можно объяснить?

4. Внутри металлической незаряженной сферы находится точечный заряд q, смещенный от центра сферы. Как будет выглядеть картина силовых линий электрического поля внутри и вне сферы?

5. Почему заряженная стрелка электрометра отклоняется, если его корпусу сообщить электрический заряд? Будет ли отклоняться стрелка, если стержень электрометра не будет заземлен? Если на стержень электрометра надеть полый металлический шар?

6. Можно ли с помощью одного заряженного тела зарядить другое тело так, чтобы его заряд был больше заряда первого тела?

7. Поставьте электрометр на изолятор и зарядите его. Затем сообщите того же знака заряд корпусу электрометра, пока стрелка не придет в нулевое положение. Что произойдет, если коснуться рукой стержня элек­трометра? Почему? А если затем коснуться корпуса электрометра? Можно ли таким образом полностью разрядить электрометр?