Физика · конспекты
★0
Физика › 8 класс › Электрические явления

Тема 28Закон Кулона. Электрическое поле

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Точечный зарядЭлектрическое полеближебольшеШарль Кулонквадратеэлектрической силойсиловыми линиями
Опыт

К заряженной гильзе подносят разноимённо заряженную палочку. Чем ближе палочка, тем сильнее гильза к ней притягивается. Чем больше заряды гильзы и палочки, тем сильнее притяжение.

Чем ближе палочка, тем сильнее отклоняется гильза
Чем ближе палочка, тем сильнее отклоняется гильза Иллюстрация: light-fizika.ru

В 1785 г. Шарль Кулон измерил силу взаимодействия маленьких заряженных шариков с помощью крутильных весов.

Определение

Точечный заряд — заряженное тело, размеры которого намного меньше расстояний до других тел.

Закон Кулона

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

F=k ∣q1∣ ∣q2∣r2,k=9⋅109 Н⋅м2Кл2F=k\,\frac{|q_1|\,|q_2|}{r^2},\qquad k=9\cdot10^9\ \frac{\text{Н}\cdot\text{м}^2}{\text{Кл}^2}

Силы направлены вдоль прямой, соединяющей заряды, равны по модулю и противоположны по направлению. В диэлектрике (например, в воде или масле) сила взаимодействия меньше, чем в вакууме.

Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются — силы направлены вдоль прямой
Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются — силы направлены вдоль прямой Иллюстрация: light-fizika.ru
Запомни

Расстояние в квадрате: увеличили расстояние в 2 раза — сила уменьшилась в 4 раза; в 3 раза — в 9 раз.

Электрическое поле

Заряды действуют друг на друга на расстоянии, как Солнце и планеты. Посредником служит электрическое поле.

Определение

Электрическое поле — особый вид материи, который существует вокруг заряженных тел и действует на другие заряды с некоторой силой (электрической силой).

Поле изображают силовыми линиями: они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Где линии гуще, там поле сильнее.

Силовые линии поля положительного и отрицательного зарядов
Силовые линии поля положительного и отрицательного зарядов Иллюстрация: light-fizika.ru
Поле разноимённых и одноимённых зарядовПоле разноимённых и одноимённых зарядов
Поле разноимённых и одноимённых зарядов Иллюстрация: light-fizika.ru
Дополнительно: напряжённость поля

Чтобы описать само поле, в него вносят маленький положительный пробный заряд qq и измеряют силу FF. Напряжённость поля

E=Fq,[E]=НКлE=\frac{F}{q},\qquad [E]=\frac{\text{Н}}{\text{Кл}}

Напряжённость — вектор, направленный так же, как сила, действующая на положительный заряд. Поля нескольких зарядов складываются.

Напряжённости полей двух зарядов складываются как векторы
Напряжённости полей двух зарядов складываются как векторы Иллюстрация: light-fizika.ru
Образ для запоминания

Закон Кулона похож на закон всемирного тяготения: «произведение — вверху, квадрат расстояния — внизу». Отдалились вдвое — «дружба» ослабла вчетверо.

⚗ Мини-опыт

Меняйте заряды и расстояние. Во сколько раз уменьшится сила, если расстояние увеличить в 2 раза? В 3 раза? Сделайте заряды одного знака, потом разных — как меняется направление сил?

▶ Симуляция PhET

В «Законе Кулона» двигайте заряды и меняйте их величину — следите за силой. В «Электрических полях» поставьте положительный и отрицательный заряды и включите отображение поля.

Закон КулонаОткрыть ↗
Электрические поля точечных зарядовОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Как изменится сила взаимодействия двух зарядов, если расстояние между ними увеличить в 2 раза?
F∼1r2F\sim\dfrac{1}{r^2}.
2Как изменится сила, если один из зарядов увеличить в 3 раза?
Сила пропорциональна произведению зарядов.
3Откуда и куда направлены силовые линии электрического поля?
Так направлена сила, действующая на положительный пробный заряд.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Как изменится сила взаимодействия двух зарядов, если расстояние между ними уменьшить в 2 раза?

    Ответ

    Увеличится в 4 раза.

    Как получилось?

  2. Каждый из двух зарядов увеличили в 2 раза. Как изменилась сила?

    Ответ

    Увеличилась в 4 раза.

    Как получилось?

  3. С какой силой взаимодействуют два заряда по 1 мкКл на расстоянии 1 м?

    Ответ

    F=9⋅109⋅10−6⋅10−612=9⋅10−3F=9\cdot10^9\cdot\dfrac{10^{-6}\cdot10^{-6}}{1^2}=9\cdot10^{-3} Н.

    Как получилось?

  4. С какой силой взаимодействуют заряды 2 мкКл и 4 мкКл на расстоянии 0,2 м?

    Ответ

    F=9⋅109⋅2⋅10−6⋅4⋅10−60,04=1,8F=9\cdot10^9\cdot\dfrac{2\cdot10^{-6}\cdot4\cdot10^{-6}}{0{,}04}=1{,}8 Н.

    Как получилось?

  5. Что действует на заряд, внесённый в электрическое поле?

    Ответ

    Электрическая сила.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. На каком расстоянии два заряда по 3 мкКл отталкиваются с силой 0,9 Н?

    Ответ

    r2=kq2F=9⋅109⋅9⋅10−120,9=0,09 м2r^2=\dfrac{kq^2}{F}=\dfrac{9\cdot10^9\cdot9\cdot10^{-12}}{0{,}9}=0{,}09\ \text{м}^2, r=0,3r=0{,}3 м.

    Как получилось?

  2. Каждый заряд уменьшили в 3 раза, и расстояние между ними уменьшили в 3 раза. Как изменилась сила?

    Ответ

    Числитель уменьшился в 9 раз, знаменатель — тоже в 9 раз: сила не изменилась.

    Как получилось?

  3. На заряд 2 нКл поле действует с силой 4 мкН. Какова напряжённость поля?

    Ответ

    E=Fq=4⋅10−62⋅10−9=2000E=\dfrac{F}{q}=\dfrac{4\cdot10^{-6}}{2\cdot10^{-9}}=2000 Н/Кл.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Точечный заряд
Заряженное тело, размеры которого намного меньше расстояний до других тел.
Электрическое поле
Особый вид материи вокруг зарядов; действует на другие заряды.
Закон Кулона
F=k ∣q1∣∣q2∣r2F=k\,\dfrac{|q_1||q_2|}{r^2}, k=9⋅109 Н⋅м2Кл2k=9\cdot10^9\ \frac{\text{Н}\cdot\text{м}^2}{\text{Кл}^2}
Силовые линии
Начинаются на положительных зарядах, заканчиваются на отрицательных.
Напряжённость поля
E=FqE=\dfrac{F}{q}

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.