Конспект урока физики в 10 классе на тему "Связь между напряженностью электростатического поля и разностью потенциалов"

10 класс ФИЗИКА Урок №52

Тема: Связь между напряженностью электростатического поля и разностью
потенциалов.

Тип: урок изучения нового материала.

Цель: познакомить учащихся и научить работать с формулой связи между
напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

Приветствие, перекличка.

II. Проверка домашнего задания

Учитель с учениками решает задачи из домашней работы.

Задача №1: Работа поля по перемещению заряда q — 10^-5 Кл из одной точки в другую равна 10 Дж. Чему будет равна разность потенциалов между этими точками?

Краткое решение задачи №1:

U = . Ответ:

Задача №2: Какова разность потенциалов между точками поля, если при перемещении заряда 12 мкКл из одной точки в другую электростатическое поле совершает работу 0,36 мДж?

Краткое решение задачи №2:

U = . Ответ:

III. Актуализация опорных знаний

Учитель проводит фронтальный опрос:

- Как связано изменение потенциальной энергии заряженной частицы с работой электрического поля?

- Чему равна потенциальная энергия заряженной частицы в однородном электрическом поле?

- Какие поля называют потенциальными?

- Как разность потенциалов между двумя точками поля зависит от работы электрического поля?

- Что нужно выбрать прежде, чем говорить о значении потенциала в данной точке поля?

IV. Изучение нового материала

- Каждой точке электрического поля соответствуют определённые значения потенциала и напряжённости. Найдём связь напряжённости электрического поля с потенциалом.

Пусть заряд q перемещается в направлении вектора напряжённости однородного электрического поля из точки 1 в точку 2, находящуюся на расстоянии от
точки 1. Электрическое поле совершает работу:

А = qE .

Согласно данной формуле эту работу можно выразить через разность потенциалов в точках 1 и 2:

А = q( ) = qU

Приравнивая выражения для работы, найдём модуль вектора напряжённости поля:

Е = (U – разность потенциалов между точками 1 и 2, которые связаны с вектором перемещения , совпадающим по направлению с вектором напряжённости .

Формула Е = показывает: чем меньше меняется потенциал на расстоянии , тем меньше напряжённость электростатического поля. Если потенциал не меняется совсем, то напряжённость поля равна нулю.

Так как при перемещении положительного заряда в направлении вектора напряжённости электростатическое поле совершает положительную работу А q( то потенциал больше потенциала .

Из этого мы можем сделать вывод, что напряжённость электрического поля направлена в сторону убывания потенциала.

Любое электростатическое поле в достаточно малой области пространства можно считать однородным. Поэтому формула Е = справедлива для произвольного электростатического поля, если только расстояние настолько мало, что изменением напряжённости поля на этом расстоянии можно пренебречь.

Используя формулу Е = , можно сказать, что напряжённость электрического поля численно равна единице, если разность потенциалов между двумя точками на расстоянии 1 м в однородном поле равна 1 В. Наименование этой единицы – вольт на метр (В/м).

Напряжённость можно также выражать в ньютонах на кулон, ведь 1 = 1 ∙ = 1 ∙ = 1 .

Эквипотенциальные поверхности. При перемещении заряда под углом 90° к силовым линиям электрическое поле не совершает работы, так как сила перпендикулярна перемещению. Значит, если провести поверхность, перпендикулярную в каждой ее точке силовым линиям, то при перемещении заряда вдоль этой поверхности, перпендикулярной силовым линиям, имеют один и тот же потенциал.

Поверхности равного потенциала называют эквипотенциальными.

Эквипотенциальные поверхности однородного поля представляют собой плоскости, а поля точечного заряда – концентрические сферы.

Эквипотенциальные поверхности поля точечного заряда
однородного поля

Подобно силовым линиям, эквипотенциальные поверхности качественного характеризуют распределение поля в пространстве. Вектор напряжённости перпендикулярен эквипотенциальным поверхностям и направлен в сторону уменьшения потенциала.

Эквипотенциальные поверхности строятся обычно так, что разность потенциалов между двумя соседними поверхностями постоянна. Поэтому согласно формуле Е = расстояния между соседними эквипотенциальными поверхностями увеличиваются по мере удаления от точечного заряда, так как напряжённость поля уменьшается.

Эквипотенциальные поверхности однородного поля расположены на равных расстояниях друг от друга.

Эквипотенциальной является поверхность любого проводника в электростатическом поле. Ведь силовые линии перпендикулярны поверхности проводника. Причём не только поверхность, но и все точки внутри проводника имеют один и тот же потенциал. Напряжённость поля внутри проводника равна нулю, значит, равна нулю и разность потенциалов между любыми точками проводника.

Модуль напряжённости электростатического поля численно равен разности потенциалов между двумя близкими точками в этом поле, деленной на расстояние между этими точками.

V. Закрепление изученного материала

Решение заданий:

№1. Электрон перемещается в поле, силовые линии которого показаны на рис. Выберите правильное утверждение.

А. При перемещении электрона из точки 2 в точку 3 электрическое поле совершает положительную работу.

Б. При перемещении электрона из точки 1 в точку 2 электрическое поле совершает отрицательную работу.

В. При перемещении электрона по траектории 1 -2-3-1 электрическое поле совершает отрицательную работу.

№2. Положительно заряженный шарик перемещают из точки 1 в точку 2 в поле заряда Q. Выберите правильное утверждение.

А. Потенциальная энергия взаимодействия шарика с зарядом Q остается неизменной.

Б. При перемещении шарика электрическое поле совершает положительную работу.

В. Шарик притягивается к заряду Q.

№3. Какую работу совершает поле при перемещении заряда 5нКл из точки с потенциалом 300 В в точку с потенциалом 100В?

№4. Электрон вылетает из точки, потенциал которой 450В, со скоростью 190м/с. Какую скорость он будет иметь в точке с потенциалом 475В?

VI. Анонс домашнего задания

Решить задачи:
№1. Заряд ядра атома цинка равен 4,8*10^-18 Кл. Определите потенциал электрического поля, созданного ядром атома цинка, на расстоянии 10 нм.

№2. Из ядра атома радия со скоростью 2*10⁷ м/с вылетает α-частица массой 6,67*10^-27 кг. Определите энергию частицы и разность потециалов, которая бы обеспечила частице такую энергию. Заряд частицы 3,2*10^-19 Кл.

VII. Подведение итогов урока