Презентация к уроку физики в 10 классе на тему "Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле. Потенциал"

10 класс

ФИЗИКА Урок №51

Тема: Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле. Потенциал.

Автор презентации:

Попов Дмитрий Сергеевич

Заряженные тела притягивают или отталкивают друг друга. При перемещении заряженных тел действующие между ними силы совершают работу. Из механики известно, что система, способная совершить работу благодаря взаимодействию тел друг с другом, обладает потенциальной энергией. Значит, система заряженных тел обладает потенциальной энергией, называемой электростатической или электрической.

–

+

Электростатическая (электрическая) энергия — потенциальная энергия, которой обладает система заряженных тел.

Энергия взаимодействия электронов с ядром в атоме

и энергия взаимодействия атомов друг с другом

в молекулах (химическая энергия) — это в основном электрическая энергия.

С точки зрения теории близкодействия на заряд непосредственно действует электрическое поле, созданное другим зарядом. При перемещении заряда действующая на него со стороны поля сила совершает работу.

Однородное поле создаёт большие металлические пластины, имеющие заряды противоположного знака. Это поле действует на заряд с постоянной силой, равной произведению напряженности поля на заряд.

–

+

–

+

1

2

B

D

–

+

1

2

B

D

Это подобно тому, как Земля действует с постоянной силой, равной произведению массы на ускорение свободного падения, на камень вблизи ее поверхности. Работа электрического поля не зависит от формы траектории, подобно тому, как не зависит от формы траектории работа силы тяжести.

F = mg

Если работа не зависит от формы траектории, то она равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком.

Потенциальная энергия тела, поднятого над землёй, равна произведению массы тела, ускорения свободного падения и высоты подъема над поверхностью Земли:

Потенциальная энергия заряда

в однородном электростатическом поле

Потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле равна произведению заряда, напряженности поля и перемещения.

Это формула подобна формуле определения потенциальной энергии тела над поверхностью Земли. Но заряд в отличие от массы может быть как положительным, так и отрицательным.

Если поле совершает положительную работу, то потенциальная энергия заряженного тела в поле уменьшается.

Если работа отрицательна,

то изменение потенциальной

энергии положительно.

На замкнутой траектории, когда заряд возвращается

в начальную точку, работа поля равна нолю.

Рассмотрим потенциальную энергию взаимодействия точечных зарядов. Пусть два точечных заряда q 1 и q 2 находятся в вакууме на расстоянии r друг от друга. Потенциальная энергия их взаимодействия равна отношению произведения этих зарядов и электрической постоянной к расстоянию между зарядами.

Когда заряды расположены бесконечно далеко друг

от друга, потенциальная энергия

их взаимодействия полагается

равной нолю.

Если мы отпустим два одноимённых заряда, они начнут разгоняться

и удаляться друг от друга.

Их кинетическая энергия возрастает, стало быть, потенциальная энергия убывает.

Эта формула помогает также вычислить потенциальную энергию системы зарядов, если число зарядов больше двух. Для этого нужно просуммировать энергии каждой пары зарядов. Проиллюстрируем сказанное примером. На рисунке изображено взаимодействие трёх зарядов. Если заряды q1, q2, q3 находятся в вершинах треугольника со сторонами a, b, c, то потенциальная энергия их взаимодействия равна сумме потенциальных энергий взаимодействий зарядов 1-2, 2-3 и 3-1.

Взаимодействие зарядов

–

+

Взаимодействие масс

Работы по перемещению равны, так как разность потенциалов точек начала и конца перемещений заряда равна.

+

Домашнее задание:

• Прочитать п. 93, 94.
• Решить задачи:

№ 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? №2