Interaction des charges électriques

La figure montre deux balles chargées et une charge test B. L'ampleur des charges et la masse du corps sont indiquées sur la carte. À l’aide de ces données, effectuez les tâches et répondez aux questions.

1 Quelle est la distance entre les centres des balles ?

2 Avec quelle force les charges sur les balles interagissent-elles les unes avec les autres ?

3 Dessinez l'emplacement des billes et de la charge d'essai q dans votre cahier, calculez et dessinez les vecteurs tension à l'échelle sélectionnée champ électrique au point B de chaque balle chargée, trouvez la magnitude et la direction du vecteur total en ce point du champ.

4 Avec quelle force le champ électrique agit-il sur une charge test placée au point B ?

5 Quelle accélération un corps avec une charge d'essai q reçoit-il à ce stade ? (Le poids corporel est indiqué sur la carte.) ?

6 Déterminez les rayons des boules à l'aide de l'échelle et calculez les potentiels sur les boules en kilovolts.

7 Calculez les potentiels de champ électrique aux points B et C.

8 Quelle quantité de travail les forces externes doivent-elles effectuer pour déplacer une charge d'essai q du point B au point C ?

Option 1

Option 2

Option 3

Option 4

Option 5

Option 6

Option 7

Option 8

Option 9

Option 10

1 Distance entre les centres des billes :

2 Module de la force d'interaction entre les charges q 1 et q 2 :

3 Module d'intensité du champ électrique au point B :

Représentons les vecteurs tension sur le dessin à l'échelle : le côté de la cellule est égal à . Construisons un vecteur de tension. Sa direction est indiquée sur le dessin, et le module est calculé :

4 L'amplitude de la force avec laquelle le champ agit sur la charge d'essai q au point B :

5 Le module d'accélération au point B sera :

Traçons une ligne approximative de l'intensité du champ électrique passant par le point B. Cette ligne doit être tangente à la direction du vecteur et perpendiculaire à la surface de la balle portant la charge q 2. Puisque c'est un procès charge positive q s'approche charge négative q 2 , alors la force et l'accélération augmenteront à mesure que la charge q se déplace.

6 Potentiels sur les balles portant des charges q 1 et q 2. En unités SI, déterminés par la formule : Où unités SI, alors

La carte montre condensateur plat. Son épaisseur est indiquée. La forme de la plaque du condensateur est indiquée à proximité. Les dimensions de la plaque sont données en millimètres. À l’aide des données de la carte, effectuez les tâches et répondez aux questions.

1 Calculez la surface active du condensateur.

2 Calculez la capacité électrique du condensateur.

3 Quelle est l'intensité du champ entre les plaques d'un condensateur ?

4 Trouvez la quantité de charge sur la plaque du condensateur.

5 Avec quelle force le champ du condensateur agit-il sur la charge q 1 dont la valeur est indiquée sur la carte ?

6 Quelle capacité électrique en microfarads auront 100 condensateurs identiques connectés en parallèle si la distance entre les plaques est réduite à 0,1 mm et si du mica de même épaisseur est placé entre elles. La constante diélectrique du mica est considérée comme égale à 6.

Note explicative

Les cartes de cette série aideront les étudiants à mieux se familiariser avec les nouveaux concepts de l'électrostatique. De plus, des compétences en résolution de problèmes, en conversion d'unités de mesure et en calculs à l'aide d'une calculatrice sont développées.

Méthodologie pour travailler avec des cartes

Les dessins des cartes représentent deux boules métalliques transportant des charges électriques. Les valeurs de ces charges sont indiquées sur les cartes. Pour connaître les tailles des boules et la distance entre elles (leurs centres), une grille en damier est utilisée. Chaque carte indique la longueur du côté de la cellule de cette grille. La masse de la balle sur laquelle se trouve la charge d'essai au point B et l'ampleur de cette charge sont également indiquées sur les cartes.

Après avoir familiarisé les étudiants avec la loi de Coulomb, il est recommandé de mettre travail indépendant avec des cartes. Les deux premières questions sont suggérées. Les distances sont calculées à partir de la longueur des cellules sur l'échelle appropriée en utilisant le théorème de Pythagore.

La deuxième fois, il est utile d'utiliser les cartes après avoir étudié la notion d'intensité du champ électrique. Proposer aux étudiants les questions 3, 4,5. Les élèves doivent dessiner l'emplacement de toutes les charges dans leur cahier (aligné d'un carré) et dessiner les vecteurs à l'échelle choisie. Et et leur vecteur total. C’est intéressant de demander aux élèves de dessiner emplacement approximatif ligne de tension passant par le point B.

Si vous le souhaitez, vous pouvez poser les questions 1 à 5 en même temps.

Questions pour les cartes « Interaction des charges électriques »

1. Quelle est la distance entre les centres des boules ?
2. Avec quelle force les charges des balles interagissent-elles les unes avec les autres ?
3. Calculez l'intensité du champ au point B créé par chaque charge. Dessinez l'emplacement des boules et testez la charge q dans votre cahier. Sur l'échelle sélectionnée, dessinez les vecteurs d'intensité créés par chaque charge au point B. Trouvez l'amplitude et la direction du vecteur d'intensité totale en ce point du champ. Tracez l'emplacement approximatif de la ligne de tension passant par le point B.
4. Quelle force le champ électrique exerce-t-il sur une charge test q placée au point B ?
5. Quelle accélération un corps avec une charge d'essai q et une masse m acquiert-il ?
6. Déterminez les rayons des boules par échelle et calculez leurs potentiels.
7. Déterminez les potentiels de champ électrique aux points B et C.
8. Quelle quantité de travail les forces externes doivent-elles effectuer pour déplacer une charge d’essai q du point B au point C ?

Exemple de solution pour la carte n°8

1. Distance entre les centres des balles :

10, r = 10 cm = 0,1 m

1. Module de force d'interaction entre charges q 1 et q2 :

1. Module d'intensité du champ électrique au point B :

Décrivons les vecteurs de tension Et sur le dessin à l'échelle (voir photo)

Construisons le vecteur de tensionSa direction est indiquée sur le dessin, et le module est calculé :

Traçons une ligne approximative de l'intensité du champ électrique passant par le point B. Cette ligne doit être tangente à la direction du vecteuret est perpendiculaire à la surface de la balle portant la charge q 2 .

1. L'ampleur de la force avec laquelle le champ agit sur la charge d'essai q au point B :

1. Le module d'accélération au point B sera :

1. Potentiels sur les balles portant des charges q 1 et q2 :

1. Potentiels aux points B à partir des charges q 1 et q2 sera autant de fois inférieure aux potentiels sur les boules que la distance des centres des boules à ce point plus de rayons des balles. DANS dans cet exemple 8 et 6 fois respectivement. Le potentiel total au point B est donc égal à :

Le potentiel au point C des mêmes charges est déterminé en trouvant d'abord les distances entre les boules et ce point.

13,6 cm = 0,136 m

8,06 cm = 0,081 m

1. Emploi forces externes, nécessaire pour déplacer la charge de test q du point B au point C :

J.

Exemple d'exercice programmé

Des questions:

1. Potentiel d'une sphère de charge q 1 , V
2. Potentiel d'une sphère de charge q 2 , V
3. Potentiel au point B, B
4. Potentiel aux points C, B
5. Travailler pour déplacer la charge q d'un point à un point C, μJ

Réponses aux cartes n°1, 3, 5, 7, 9

Code à vérifier :

№1 – 25 431

№3 – 23 512

№5 – 34 125

№7 – 51 243

№9 – 12 354

Réponses aux cartes n°2, 4, 6, 8, 10

Code à vérifier :

№2 – 53 241

№4 – 42 513

№6 – 31 425

№8 – 25 134

№10 – 14 352

Application

J'ai fait ce que j'ai pu

• J'ai fait ce que j'ai pu

• laissez les autres faire mieux.

• I. Newton.

• . Formulez la loi de la gravitation universelle et écrivez une formule exprimant la relation entre les quantités.

• 2. Étudiez l'essence physique de la constante gravitationnelle.

• 3. Limites d'applicabilité de la loi de la gravitation universelle

• 4. Apprenez à résoudre des problèmes en utilisant la loi de la gravitation universelle.

Ce qui se passe si...?

• Ce qui se passe si...?

• Nous avons laissé tomber les bagages de nos mains...

• Nous avons lancé la balle...

• Nous avons lancé un bâton horizontalement...

M. Lomonossov

• M. Lomonossov

• Le scientifique anglais Isaac Newton fut le premier à formuler la loi de la gravitation universelle

• - longue portée ; - il n'y a pas de barrières pour eux ; - dirigé selon une ligne droite reliant les corps ; - de taille égale ; - dans le sens opposé.

La formule s'applique :

• La formule s'applique :

• - si les tailles des corps sont négligeables par rapport à la distance qui les sépare ;

• - si les deux corps sont homogènes et ont une forme sphérique ;

La formule s'applique :

• La formule s'applique :

• - si l'un des corps en interaction est une balle dont la taille et la masse sont nettement supérieures à celles du deuxième corps

Tâche n°1

• Tâche n°1

• Calculez la force de gravité universelle entre deux étudiants assis au même bureau.

• Les masses des étudiants sont de 50 kilogrammes, la distance est d'un mètre.

• On obtient une force égale à 1,67*10 -7N .

• La force est si insignifiante que même le fil ne se cassera pas.

• Avec quelle force la chèvre de tante Masha est-elle attirée par le chou du jardin de Baba Glasha s'il paît à une distance de 10 mètres d'elle ? Le poids de la chèvre Grishka est de 20 kg, et cette année le chou est devenu gros et juteux, son poids est de 5 kg.

• Quelle est la distance entre les boules pesant chacune 100 kg si elles sont attirées les unes vers les autres avec une force de 0,01 N ?

DONNÉ: Solution:

• DONNÉ: Solution:

• m1=m2 =100kgDe la loi universelle

• la gravité:

• F= 0,01N F= G*m1m2/ R2

• _____________ Exprimons la distance :

• R-? R = (G*m1m2/F) ½

• Calculons :

• R = (6,67*10 -11Nm2/kg2 *100kg*100kg/0,01N)1/2

• R = 8,2*10-3 m

• Répondre : R = 8,2*10-3m

• Deux boules identiques sont situées à une distance de 0,1 m l'une de l'autre et s'attirent avec une force de 6,67 * 10 -15 N. Quelle est la masse de chaque boule ?

DONNÉ: Solution:

• DONNÉ: Solution:

• m1=m2 = mDe la loi universelle

• R=0,1 m gravité :

• F= 6,67*10 -15N F= G*m1m2/ R2

• _____________ Exprimons la masse des corps :

• m-? m= (F*R2/G) ½

• Calculons :

• m= (6,67*10 -15 N *0,01m2/6,67*10 -11Nm2/kg2)1/2

• m= 0,001 kg

• Répondre: m= 0,001 kg

• La découverte de la loi de la gravitation universelle a permis d'expliquer un large éventail de phénomènes terrestres et célestes :

• le mouvement des corps sous l'influence des forces gravitationnelles à proximité de la surface de la Terre ;

• mouvements des planètes du système solaire et de leurs satellites naturels et artificiels ;

• trajectoires des comètes et des météores ;

• le phénomène de flux et reflux ;

• les trajectoires possibles des corps célestes ont été expliquées ;

• les éclipses solaires et lunaires ont été calculées, les masses et densités des planètes ont été calculées

Résumons :

• Résumons :

• Newton établi

• Quoi tous les corps de l'Univers s'attirent mutuellement.

• L'attraction mutuelle entre tous les corps s'appelle gravité universelle - force gravitationnelle.

§ 15, exercice 15 (3 ; 5)

• § 15, exercice 15 (3 ; 5)