Interakcia elektrických nábojov

Na obrázku sú dve nabité gule a skúšobný náboj B. Veľkosť nábojov a hmotnosť telesa sú uvedené na karte. Pomocou týchto údajov dokončite úlohy a odpovedzte na otázky.

1 Aká je vzdialenosť medzi stredmi guľôčok?

2 Akou silou vzájomne pôsobia náboje na guľôčkach?

3 Nakreslite si do zošita umiestnenie guľôčok a skúšobný náboj q, vypočítajte a nakreslite vektory napätia na zvolenej stupnici elektrické pole v bode B z každej nabitej gule nájdite veľkosť a smer celkového vektora v tomto bode poľa.

4 Akou silou pôsobí elektrické pole na skúšobný náboj umiestnený v bode B?

5 Aké zrýchlenie dostane v tomto bode teleso so skúšobným nábojom q? (Telesná hmotnosť je uvedená na karte.)?

6 Určte polomery guľôčok pomocou stupnice a vypočítajte potenciály na guľôčkach v kilovoltoch.

7 Vypočítajte potenciály elektrického poľa v bodoch B a C.

8 Koľko práce musia vonkajšie sily vykonať, aby sa skúšobný náboj q presunul z bodu B do bodu C?

možnosť 1

Možnosť 2

Možnosť 3

Možnosť 4

Možnosť 5

Možnosť 6

Možnosť 7

Možnosť 8

Možnosť 9

Možnosť 10

1 Vzdialenosť medzi stredmi loptičiek:

2 Modul interakčnej sily medzi nábojmi q 1 a q 2:

3 Modul intenzity elektrického poľa v bode B:

Znázornime vektory napätia na výkrese v mierke: strana bunky sa rovná . Zostrojme vektor napätia. Jeho smer je vyznačený na výkrese a modul sa vypočíta:

4 Veľkosť sily, ktorou pole pôsobí na skúšobný náboj q v bode B:

5 Akceleračný modul v bode B bude:

Nakreslite približnú čiaru intenzity elektrického poľa cez bod B. Táto čiara by mala byť dotyčnicou k smeru vektora a kolmou na povrch gule nesúcej náboj q 2. Keďže ide o skúšku kladný náboj q sa približuje záporný náboj q 2 , potom sa sila a zrýchlenie budú zvyšovať, keď sa náboj q pohybuje.

6 Potenciály na guľôčkach nesúcich náboj q 1 a q 2. V jednotkách SI, určené podľa vzorca: Kde Jednotky SI teda

Karta ukazuje plochý kondenzátor. Jeho hrúbka je uvedená. Tvar dosky kondenzátora je zobrazený v blízkosti. Rozmery dosky sú uvedené v milimetroch. Pomocou údajov na karte dokončite úlohy a odpovedzte na otázky.

1 Vypočítajte aktívnu plochu kondenzátora.

2 Vypočítajte elektrickú kapacitu kondenzátora.

3 Aká je intenzita poľa medzi doskami kondenzátora?

4 Nájdite množstvo nabitia na doske kondenzátora.

5 Akou silou pôsobí pole kondenzátora na náboj q 1, ktorého hodnota je uvedená na karte?

6 Akú elektrickú kapacitu v mikrofaradoch bude mať 100 rovnakých kondenzátorov zapojených paralelne, ak sa vzdialenosť medzi doskami zníži na 0,1 mm a medzi ne sa umiestni sľuda rovnakej hrúbky. Dielektrická konštanta sľudy sa považuje za rovnú 6.

Vysvetľujúca poznámka

Karty z tejto série pomôžu študentom lepšie sa zoznámiť s novými konceptmi elektrostatiky. Okrem toho sa rozvíjajú zručnosti pri riešení problémov, prevode jednotiek merania a výpočtoch pomocou kalkulačky.

Metodika práce s kartami

Dizajn kariet zobrazuje dve kovové guľôčky nesúce elektrický náboj. Hodnoty týchto poplatkov sú uvedené na kartách. Na zistenie veľkostí guľôčok a vzdialenosti medzi nimi (ich stredy) sa používa kockovaná mriežka. Každá karta označuje dĺžku strany bunky tejto mriežky. Hmotnosť gule, na ktorej sa nachádza skúšobný náboj v bode B a veľkosť tohto náboja sú tiež uvedené na kartách.

Po oboznámení študentov s Coulombovým zákonom sa odporúča dať samostatná práca s kartami. Navrhujú sa prvé dve otázky. Vzdialenosti sa vypočítavajú z dĺžky buniek na príslušnej mierke pomocou Pytagorovej vety.

Druhýkrát je užitočné použiť karty po preštudovaní konceptu intenzity elektrického poľa. Ponúka študentom otázky 3, 4, 5. Študenti by si mali zakresliť umiestnenie všetkých nábojov do svojho poznámkového bloku (čiarknutého do štvorca) a nakresliť vektory vo zvolenej mierke A a ich celkový vektor. Je zaujímavé požiadať študentov, aby kreslili približná polohačiara napätia prechádzajúca bodom B.

Ak chcete, môžete klásť otázky 1-5 súčasne.

Otázky ku kartám „Interakcia elektrických nábojov“

1. Aká je vzdialenosť medzi stredmi loptičiek?
2. Akou silou vzájomne pôsobia náboje na guľôčkach?
3. Vypočítajte intenzitu poľa v bode B vytvorenú každým nábojom. Do zošita si zakreslite umiestnenie loptičiek a vyskúšajte náboj q. Na zvolenej mierke nakreslite vektory intenzity vytvorené každým nábojom v bode B. Nájdite veľkosť a smer vektora celkovej intenzity v tomto bode poľa. Nakreslite približnú polohu ťahovej čiary prechádzajúcej bodom B.
4. Akou silou pôsobí elektrické pole na skúšobný náboj q umiestnený v bode B?
5. Aké zrýchlenie nadobudne teleso so skúšobným nábojom q a hmotnosťou m?
6. Určte polomery guľôčok mierkou a vypočítajte ich potenciály.
7. Určte potenciál elektrického poľa v bodoch B a C.
8. Koľko práce musia vonkajšie sily vykonať, aby sa skúšobný náboj q presunul z bodu B do bodu C?

Príklad riešenia pre kartu č.8

1. Vzdialenosť medzi stredmi loptičiek:

10, r = 10 cm = 0,1 m

1. Modul interakčnej sily medzi nábojmi q 1 a q 2:

1. Modul intenzity elektrického poľa v bode B:

Znázornime vektory napätia A na výkrese v mierke (pozri obrázok)

Zostavme vektor napätiaJeho smer je vyznačený na výkrese a modul sa vypočíta:

Nakreslíme približnú čiaru intenzity elektrického poľa cez bod B. Táto čiara by mala byť dotyčnicou k smeru vektoraa je kolmá na povrch gule nesúcej náboj q 2 .

1. Veľkosť sily, ktorou pole pôsobí na skúšobný náboj q v bode B:

1. Akceleračný modul v bode B bude:

1. Potenciály na guľôčkach nesúcich náboj q 1 a q 2:

1. Potenciály v bodoch B od nábojov q 1 a q 2 bude toľkokrát menšia ako potenciál na loptičkách, ako je vzdialenosť od stredov loptičiek do tohto bodu viac polomerov loptičky. IN v tomto príklade 8 a 6 krát. Preto sa celkový potenciál v bode B rovná:

Potenciál v bode C z tých istých nábojov sa určí tak, že najprv zistíme vzdialenosti od guľôčok k tomuto bodu.

13,6 cm = 0,136 m

8,06 cm = 0,081 m

1. Job vonkajšie sily, potrebné na presun skúšobného náboja q z bodu B do bodu C:

J

Príklad naprogramovaného cvičenia

otázky:

1. Potenciál gule s nábojom q 1, V
2. Potenciál gule s nábojom q 2, V
3. Potenciál v bode B, B
4. Potenciál v bode C, B
5. Práca na presune náboja q z bodu do bodu C, μJ

Odpovede na karty č.1, 3, 5, 7, 9

Kód na overenie:

№1 – 25 431

№3 – 23 512

№5 – 34 125

№7 – 51 243

№9 – 12 354

Odpovede na karty č.2, 4, 6, 8, 10

Kód na overenie:

№2 – 53 241

№4 – 42 513

№6 – 31 425

№8 – 25 134

№10 – 14 352

Aplikácia

Robil som, čo som mohol

• Robil som, čo som mohol

• nech sa iní majú lepšie.

• I. Newton.

• . Sformulujte zákon univerzálnej gravitácie a napíšte vzorec vyjadrujúci vzťah medzi veličinami.

• 2. Preštudujte si fyzikálnu podstatu gravitačnej konštanty.

• 3. Hranice použiteľnosti zákona univerzálnej gravitácie

• 4. Naučte sa riešiť úlohy pomocou zákona univerzálnej gravitácie.

Čo sa stane ak...?

• Čo sa stane ak...?

• Vypadla nám batožina z rúk...

• Hodili sme loptu...

• Hodili sme palicu vodorovne...

M. Lomonosov

• M. Lomonosov

• Anglický vedec Isaac Newton ako prvý sformuloval zákon univerzálnej gravitácie

• - dlhý dosah; - neexistujú pre nich žiadne prekážky; - smerované pozdĺž priamky spájajúcej telá; - rovnaká veľkosť; - opačný smer.

Platí vzorec:

• Platí vzorec:

• - ak sú veľkosti tiel zanedbateľne malé v porovnaní so vzdialenosťou medzi nimi;

• - ak sú obe telesá homogénne a majú guľový tvar;

Platí vzorec:

• Platí vzorec:

• - ak je jedným zo vzájomne pôsobiacich telies guľa, ktorej veľkosť a hmotnosť je podstatne väčšia ako veľkosť a hmotnosť druhého telesa

Úloha č.1

• Úloha č.1

• Vypočítajte silu univerzálnej gravitácie medzi dvoma študentmi sediacimi pri rovnakej lavici.

• Hmotnosť študentov je 50 kilogramov, vzdialenosť je jeden meter.

• Dostaneme silu rovnajúcu sa 1,67*10 -7 N .

• Sila je taká nepatrná, že sa ani niť nepretrhne.

• Akou silou priťahuje koza tety Máše kapustu v záhrade Baba Glasha, ak sa pasie vo vzdialenosti 10 metrov od nej? Hmotnosť kozy Grishka je 20 kg a tento rok sa kapusta rozrástla a šťavnatá, jej hmotnosť je 5 kg.

• Aká je vzdialenosť medzi guľôčkami, z ktorých každá váži 100 kg, ak sú k sebe priťahované silou 0,01 N?

DANÉ: Riešenie:

• DANÉ: Riešenie:

• m1=m2 =100kgZ univerzálneho zákona

• gravitácia:

• F= 0,01 N F= G*m1m2/ R2

• _____________ Vyjadrime vzdialenosť:

• R -? R = (G*m1m2/F) 1/2

• Poďme počítať:

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

• R = 8,2 x 10-3 m

• Odpoveď R = 8,2 x 10-3 m

• Dve rovnaké guľôčky sa nachádzajú vo vzdialenosti 0,1 m od seba a priťahujú sa silou 6,67 * 10 -15 N. Aká je hmotnosť každej gule?

DANÉ: Riešenie:

• DANÉ: Riešenie:

• m1=m2 = mZ univerzálneho zákona

• R=0,1 m gravitácia:

• F= 6,67*10-15N F= G*m1m2/ R2

• _____________ Vyjadrime hmotnosť telies:

• m-? m= (F*R2/G) 1/2

• Poďme počítať:

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

• m = 0,001 kg

• odpoveď: m = 0,001 kg

• Objav zákona univerzálnej gravitácie umožnil vysvetliť širokú škálu pozemských a nebeských javov:

• pohyb telies pod vplyvom gravitácie v blízkosti povrchu Zeme;

• pohyby planét slnečnej sústavy a ich prirodzených a umelých satelitov;

• trajektórie komét a meteorov;

• fenomén prílivu a odlivu;

• boli vysvetlené možné trajektórie nebeských telies;

• vypočítali sa zatmenia Slnka a Mesiaca, vypočítali sa hmotnosti a hustoty planét

Poďme si to zhrnúť:

• Poďme si to zhrnúť:

• Newton založil

• Čo všetky telá vo vesmíre vzájomne sa priťahujú.

• Vzájomná príťažlivosť medzi všetkými telesami sa nazýva univerzálna gravitácia - Gravitačná sila.

§ 15, cvičenie 15 (3; 5)

• § 15, cvičenie 15 (3; 5)