149677 (Ответы на вопросы к госу по МПФ), страница 7

Наличие электрического заряда у тела (частицы) проявляется во взаимодействии с другими заряженными телами (частицами). Электрический заряд – свойство частиц материи или тел, характеризующее их взаимосвязь в собственном электромагнитном поле. Имеется два вида зарядов: положительный и отрицательный. Количественно определяется по силовому взаимодействию тел, обладающих электрическим зарядом.

Авторы Шахмаев и др. На вопрос: Что такое электрический заряд? Отвечают: понятие заряда в какой-то мере сходно с понятием гравитационной массы. Подобно тому, как для характеристики гравитационного взаимодействия тел и частиц было введено понятие массы, так и для характеристики взаимодействия тел (частиц) введено понятие электрического заряда. Введение понятия массы позволило изучить явления, связанные с гравитационным взаимодействием частиц и тел, а введение понятия заряда позволяет изучить электромагнитные взаимодействия. Опытным путем установлено, что электрический заряд обладает следующими свойствами: 1. Электрические заряды могут быть двух видов: положительными и отрицательными; 2. Электрический заряд величина инвариантная, не зависящая от скорости движения зарядов; 3. Электрический заряд аддитивен, то есть заряд системы тел равен сумме зарядов тел, входящих в систему; 4. Все электрические заряды кратны заряду электрона; 5. Суммарный заряд изолированной системы остается постоянным.

Центральное место в разделе электродинамика при изучении электрических явлений занимает закон сохранения электрического заряда, который подтверждается наблюдателями. Для демонстрации закона сохранения заряда используют следующее оборудование: электролиты с шаровыми кондукторами, пластинки для электризации (эбонит и из органического стекла), разрядник на изолированной ручке. Из опыта делается вывод: сумма зарядов замкнутой системы остается постоянной.

Затем изучается закон Кулона. На основе опыта с крутильными весами.

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояний между ними.

Два неподвижных точечных заряда находятся в вакууме на расстоянии R друг от друга и взаимодействуют с силами, направленными по одной прямой, соединяющей эти заряды, модули этих сил пропорциональны произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояний между ними. , к – коэффициент пропорциональности. , - электрическая постоянная. , .

Необходимо напомнить учащимся, что закон Кулона справедлив для точеных неподвижных заряженных тел. Если размеры тел и расстояния между ними соизмеримы, то закон Кулона не применим.

Далее формируют понятие об электрическом поле. Самый простой случай электромагнитного взаимодействия проявляется при создании поля покоящихся заряженными телами. В этом случае электромагнитное поле предстает как поле электростатическое.

На основе опытов: 1) Поднося к электрометру наэлектризованную палочку, замечаем что стрелка отклоняется еще до того, как палочка коснется электрометра; 2) Помещаем стрелку из сухого дерева, она займет между шарами вполне определенное положение. Эти опыты говорят о том, что вокруг наэлектризованных тел существует материальный передатчик взаимодействия электрических зарядов, который называем электрическим полем.

Показываем, что электрическое поле, существующее вокруг наэлектризованной палочки на различных расстояниях от палочки не одинаково. Следовательно, не обходимо ввести физическую величину, которая характеризует электрические поле. Для этого можно воспользоваться действием поля на пробный электрический заряд q. Отношение силы, с которой электрическое поле действует на пробный заряд к этому заряду будет зависеть от поля, которое изучается и от положения пробного заряда в нем.

Напряженностью электрического поля называют векторную величину, являющуюся силовой характеристикой электрического поля в данной точке. Напряженность равна отношению силы с которой поле действует на точечный положительный электрический заряд к этому заряду. , . Если поля создаются n зарядами и в это поле вводится заряд q, то равнодействующая сила, действующая на заряд q, равна векторной сумме сил.

Напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей поля каждого из зарядов системы. Этот вывод называется принципом суперпозиции.

Распределение поля в пространстве можно сделать видимым. Дается определение: Непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают с вектором напряженности называются силовыми линиями электрического поля, либо линиями напряженности.

Опыт: с помощью султанов показывают демонстрации, сначала с одним, затем с двумя.

17. Научно методический анализ основных понятий раздела электродинамики (Потенциал, разность потенциалов, отношение между напряженностью поля и разностью потенциалов).

Работа электрического поля по перемещению заряда , , , .

Из курса физики 9 класса известно, что если работа не зависит от формы траектории, то она равна изменению потенциальной энергии, взятой со знаком минус. Следовательно, введем обозначение - потенциальная энергия заряда в положении 2, аналогично для положения 1. Значит потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле в общем случае равен (3). (эта формула подобна ), но заряд в отличие от массы может быть положительным и отрицательным. Если поле совершает положительную работу, то потенциальная энергия заряженного тела уменьшается, одновременно, согласно закону сохранения энергии, кинетическая энергия – увеличивается, то есть заряд ускоряется в поле.

Физический смысл имеет не сила потенциальной энергии, а разность ее значений, определенная работой поля при перемещении заряда из начального положения в конечное.

Отметим, что работа электростатического поля при перемещении заряда из одной точки в другую не зависит от начального и конечного положений заряда. На замкнутой траектории положительного заряда. На замкнутой траектории работа электростатического поля всегда равна нулю.

Из (3) следует, что потенциальная энергия заряда пропорциональна заряду, следовательно отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от помещенного в поле заряда. Это позволяет ввести новую характеристику поля – потенциал.

Потенциалом электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду. (4). - скалярная величина, энергетическая характеристика поля, определяет потенциальную энергию заряда q в данной точке поля.

Модуль и знак потенциала определяется выбором нулевого уровня.

Потенциал поля системы зарядов равен арифметической сумме потенциалов, созданных каждым из зарядов в отдельности.

Работа по перемещению заряда (6).

Вводим обозначение - напряжение или разность потенциалов. (7).

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении заряда из начальной точки в конечную к этому заряду.

Далее рассматривается вопрос о связи напряженности электростатического поля и разности потенциалов. Пусть заряд q перемещается в направлении электрического поля E из 1 в 2. Работа, совершенная полем A будет равна , => (8) последняя формула позволяет найти напряженность поля, если известно напряжение между двумя точками, расположенными на расстоянии Δd. Она также показывает, что чем меньше меняется потенциал на расстоянии Δd, тем меньше напряженность электростатического поля, если потенциал не меняется, то напряженность поля равна нулю.

Согласно определения, напряженность , из (8)

18. Методика изучения главы «Магнитное поле».

Известно что между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Однако, между электрическими зарядами могут существовать и силы иной природы. Обратимся к опыту: ленты из фольги с наконечниками – 2шт, штатив, источник тока ВС-21М, рассчитанный на 10А.

Если пропустить ток через фольгу в одну и ту же сторону, то наблюдается притяжение фольги друг к другу, если пропустить ток разного направления, то они отталкиваются.

Взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между движущимися зарядами называются магнитными. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга называются магнитными силами.

В учебнике физики 10 (мяк, Бух) авторы используют аналогию между электрическими и магнитными полями, отмечая, что подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды возникает электрическое поле, вокруг проводника с током возникает магнитное поле.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Затем рассматривают свойства магнитного поля:

1. магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами). (опыт Эрстеда, Иоффе, Эйхенвальда)

2. магнитное поле обнаруживается по действию на ток (движущиеся заряды).

3. Магнитное поле существует реально и не зависит от нашего сознания.

Действие магнитного поля может быть больше или меньше, имеет определенную направленность, следовательно должно характеризоваться некоторой величиной называемой магнитной индукцией В.

При определении модуля В можно использовать следующие методические подходы:

а) силовой характеристикой электрического поля является напряженность Е, силовую характеристику магнитного поля можно определить.