Презентация к уроку«Закон Кулона. Единица электрического заряда»
Тема урока: «Закон Кулона. Единица электрического заряда»
Цели урока: Познакомить учащихся с опытом Кулона; установить количественную зависимость взаимодействия двух заряженных неподвижных тел, находящихся в вакууме; используя закон Кулона, научиться решать задачи
Электродинамика - это наука о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи- электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрически заряженными телами или частицами
Случайное открытие электризации янтаря
Джеймс Клерк Максвелл (1831-79) — английский физик, создатель классической электродинамики, один из основоположников статистической физики, организатор и первый директор (с 1871) Кавендишской лаборатории, предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы света, установил первый статистический закон — закон распределения молекул по скоростям, названный его именем.Развивая идеи Майкла Фарадея, создал теорию электромагнитного поля (уравнения Максвелла); ввел понятие о токе смещения, предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы света. Установил статистическое распределение, названное его именем. Исследовал вязкость, диффузию и теплопроводность газов. Максвелл показал, что кольца Сатурна состоят из отдельных тел. Труды по цветному зрению и колориметрии (диск Максвелла), оптике (эффект Максвелла), теории упругости (теорема Максвелла, диаграмма Максвелла — Кремоны), термодинамике, истории физики и др.
Наша задача состоит в изучении основных законов электромагнитных взаимодействий, а также в знакомстве с основными способами получения электрической энергии и использовании ее на практике.
Все тела построены из мельчайших частиц, которые неделимы на более простые и поэтому называются элементарными Атом водорода
схема атома
Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые убывают с увеличением расстояния так же, как и силы всемирного тяготения, но превышают силы тяготения во много раз, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд. Сами частицы называют заряженными .
Наличие электрического заряда у элементарных частиц означает существование определенных силовых взаимодействий между ними. Взаимодействие заряженных частиц называется электромагнитным
Дж.Дж. Томсон в1890 году в своей лаборатории.Эта фотография из архива Кавендишской лаборатории
ИСТОРИИ ОТКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОНАДень 30 апреля 1897 года официально считается днем рождения первой элементарной частицы - электрона. В этот день глава Кавендишской лаборатории и член Лондонского королевского общества Джозеф Джон объявил, что его многолетние исследования электрического разряда в газе при низком давлении завершилось выяснением природы катодных лучей. Он надежно определил удельный заряд частиц, поток которых и составлял катодные лучи. Майкл Фарадей (1791-1867) в первой половине 30-х годов прошлого века при исследовании прохождения тока через электролиты установил, что для выделения на электроде одного грамм-эквивалента любого вещества требуется пропустить через раствор одно и то же количество электричества, которое стали называть числом Фарадея. Это было подтверждением идеи о дискретности электрического заряда. Само явление свечения газа при прохождения через него электрического тока было обнаружено и впервые исследовано в 1838 М. Фарадеем.Сделал вывод о существовании минимального элементарного заряда1874 году ирландский физик Стони Стоней (1826-1911), а затем в 1891 году он постулировал существование атома заряда, назвав его электроном.
электризация тел При электризации трением оба тела приобретают заряды, противоположные по знаку, но одинаковые по модулю
Электризация тел и её проявления
Прибор КулонаВпервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был открыт французским физиком Ш. Кулоном в 1785 г. В своих опытах Кулон измерял силы притяжения и отталкивания заряженных шариков с помощью сконструированного им прибора – крутильных весов, отличавшихся чрезвычайно высокой чувствительностью. Так, например, коромысло весов поворачивалось на 1° под действием силы порядка 10–9 Н.Идея измерений основывалась на блестящей догадке Кулона о том, что если заряженный шарик привести в контакт с точно таким же незаряженным, то заряд первого разделится между ними поровну. Таким образом, был указан способ изменять заряд шарика в два, три и т. д. раз. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.
Закон взаимодействия точечных зарядов, или закон Кулона (Шарль Огюст Кулон(1736-1806)) : 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 , где Коэффициент k зависит от выбора системы единиц. Числовое значение k определяется экспериментальноКоэффициент k численно равен силе взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами по единице заряда каждый, находящимися в вакууме на расстоянии, равном единице длины друг от друга.Силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды
Единица электрического зарядаЕдиницу заряда в СИ – кулон устанавливают с помощью единицы силы тока.Один кулон (1Кл) – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1А: 1Кл = 1А•1с k = 𝐹𝑟²।𝑞₁।।𝑞₂। Заряд в 1 Кл очень велик. Сила взаимодействия двух точечных зарядов, по 1 Кл каждый, расположенных на расстоянии 1 км друг от друга, чуть меньше силы, с которой земной шар притягивает груз массой 1 т.
Если заряды взаимодействуют в среде, то сила взаимодействия уменьшается: F = 14𝜋 ԑ˳ ।𝑞₁।।𝑞₂।ԑ𝑟² , где ԑ˳ =8,85.10-12 Кл2/(Н.м2) - электрическая постоянная вакуума. Диэлектрическая проницаемость среды ( ԑ).Характеризует электрические свойства среды. Для любой среды ԑ >1. Зависит только от свойств среды.Диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме больше их сил взаимодействия в среде. - безразмерная величина!
Элементарный зарядМинимальный заряд, существующий в природе, - это заряд элементарных частиц. В единицах СИ модуль этого заряда равен: е = 1,602176565(35)•10-19 Кл. ≈1,6•10-19 Кл Заряд, который можно сообщить телу, всегда кратен минимальному заряду: q = +- N•।e।
Сложение силЕсли заряды не точечные или их больше двух, то силы складываются по правилу сложения векторов. Принцип суперпозиции на примере электростатического взаимодействия трех заряженных тел.
задачиЗадача 1. Диэлектрическая проницаемость керосина равна 2. Определить расстояние на котором находятся два заряда по 5•10-6 Кл, если сила,с которой они взаимодействуют, равна 0,5Н. Задача 2. В каком случае сила взаимодействия зарядов, находящихся на одинаковом расстоянии, будет наибольшая если ԑводы = 81; ԑкер = 2,1; ԑглицер = 39,1; ԑвозд =1,0006; ԑвак =1 , равна 0,5Н.
Задача 3. Два тела, имеющие равные отрицательные электрические заряды, отталкиваются в воздухе с силой 0,9Н. Определить число избыточных электронов в каждом теле, если расстояние между зарядами 8 см. Задача 4. Определить величину двух одинаковых точечных зарядов, взаимодействующих в вакууме с силой 0,1Н. Расстояние между зарядами 6м. Задача 5. Заряды 90 нКл и 10 нКл расположены на расстоянии 4 см друг от друга. Силы, действующие на третий заряд со стороны двух других зарядов, равны по модулю и противоположны по направлению. Где находится третий заряд?