Контрольные вопросы к §1.

1) Что понимается под электрическим зарядом?

2) Как взаимодействуют одноименные и разноименные электрические заряды?

3) Перечислите оборудование в опыте 1.2. «Электризация трением».

4) Перечислите оборудование в опыте 1.3 «Электростатическая индукция».

5) Перечислите оборудование в опыте 1.4 «Электризация через влияние».

6) Какой вывод следует из опыта 1.4 «Электризация через влияние».

7) В чем состоит свойство дискретности электрических зарядов?

8) Сформулируйте закон сохранения электрического заряда.

9) Запишите формулу закона сохранения электрического заряда.

10) Сформулируйте закон Кулана.

11) Запишите формулу закона Кулона в скалярной форме.

12) Запишите формулу закона Кулона в векторной форме.

13) Дайте определение εₒ? Каково ее численное значение?

14) Дайте определение напряженности электрического поля.

15) Запишите формулу для расчета напряженности электрического поля в скалярной и векторной форме.

16) Запишите формулу для расчета силы, действующей на заряд q, если напряженность в точке нахождения заряда равна Е.

17) Сформулируйте принцип суперпозиции полей.

18) Запишите формулу принципа суперпозиции.

19) Что называется силовой линией электрического поля?

20) Изобразите силовые линии следующих полей

• Поле точечного положительного заряда (отрицательного)

• Поле двух одноименных зарядов

• Поле двух разноименных зарядов

§2 Работа электрического поля по перемещению заряда. Потенциал. Потенциальный характер электростатического поля

2.1. Вывод формулы для расчета работы сил поля при перемещении заряда.

2.2. Понятие потенциала, потенциальный характер электростатического поля.

2.3. Связь между напряженностью и потенциалом.

2.4. Потенциал поля плоского конденсатора, заряженной нити, цилиндрического и сферического конденсаторов.

2.1. Вывод формулы для расчета работы сил поля при перемещении заряда

Пусть имеется точечный положительный заряд. Рассчитаем работу по его перемещению из точки 1 в точку 2.

Рис. 17.

(7)

Вывод: работа по перемещению заряда из одной точки поля в другую равна произведению величины этого заряда на разность потенциалов начальной и конечной точек траектории.

2.2. Понятие потенциала, потенциальный характер электростатического поля

(8)

может служить характеристикой поля.

Т.к. при функциональная часть выражения (8) , то примем const = 0. Получим:

(9)

Эта величина получила название: потенциал поля точечного заряда:

(10)

Пусть r₂=∞, тогда φ₂=0 и φ₂=0.

(11)

Потенциалом поля в данной точке называется физическая величина, численно равная работе по переносу единичного положительного заряда из данной точки поля в бесконечность.

Работа сил электростатического поля равна убыли потенциальной энергии, т.е.:

₍₁₂₎

Тогда, сравнив (10) и (11), получим:

(13)

Т.к. при , то:

(14)

Потенциалом поля в данной точке называется физическая величина, численно равная потенциальной энергии, которая приобретается единичным положительным зарядом при переносе его из бесконечности в данную точку поля.

Опыт 2.1. Движение мыльных пузырей в неоднородном электрическом поле.

Цель: изучить движение мыльных пузырей в неоднородном электрическом поле.

 Ход работы:

 Если в чашку поместить один из электродов электростатической машины, а сверху, над ней, расположить второй большой плоский электрод, то будет создано электростатическое поле с большой напряженностью вблизи чашки, и с низкой вблизи плоского электрода. Мыльные пузыри, выдуваемые из чашки, заряжаются тем же знаком от электростатической машины, который подан на чашку, и летят практически по направлению силовых линий электростатического поля. 

Вывод: в электрическом поле на любые небольшие заряженные предметы, внесенные в него, действует сила, втягивающая эти предметы в область более сильного поля. Если же эти предметы заряжены зарядом определенного знака, то направление их движения может быть и иным

Выясним свойства потенциального электростатического поля.

Рис. 18.

(15)

1. Работа по переносу заряда из одной точки электрического поля в другую не зависит от формы траектории.

(16)

2. Работа по переносу заряда вдоль замкнутой траектории равна нулю.

,

.

3. В электростатическом поле циркуляция вектора напряженности вдоль замкнутого контура равна нулю.

Формулировки 1, 2, 3 отражают потенциальный характер электростатического поля.

Опыт 2.2 Электростатическая защита.

Цель работы: продемонстрировать принцип электростатической защиты.

Оборудование:

1. Конденсатор

2. Два легких султана из металлических и диэлектрических полосок

3. Клетка из металлической сетки

Ход работы.

1. Помещаем между пластинами конденсатора два легких султана из металлических полосок и диэлектрических из папиросной бумаги. Когда конденсатор заряжается, полоски электризуются и притягиваются к соответствующим пластинам конденсатора.

2. Если накрыть султаны клеткой, изготовленной из металлической сетки, то внутрь нее электростатическое поле проникать не будет, и полоски опустятся. Если снять клетку – полоски вновь будут направлены к пластинам конденсатора.

Вывод: внутри замкнутого металлического объема электростатическое поле отсутствует.

Эквипотенциальные поверхности

Приставка экви- означает «равный». Эквипотенциальная поверхность – это поверхность, состоящая из точек, имеющих одинаковый потенциал:

Для геометрического описания электрического поля наряду с силовыми линиями используют и эквипотенциальные поверхности.

Рис. 19.

Свойства эквипотенциальных поверхностей.

1. Силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

2. Работа по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю.

Опыт 2.3. Демонстрация эквипотенциальных поверхностей

Оборудование:

1. Электрометр демонстрационный

2. Конусообразный кондуктор на изолирующем штативе

3. Эбонитовая палочка

4. Шерсть

5. Шарик пробный на изолирующей ручке

6. Два проводника: один – длиной 1,5 - 2 м гибкий, другой – для заземления электрометра

Рис. 20.

Выводы: показания электрометра остаются неизменными, т.е. поверхность заряженного проводника всюду имеет одинаковый потенциал.