взаимодействие электрических зарядов
Данный ресурс представляет собой разработку практического занятия по разделу "Электростатика", тема: "Взаимодействие электрических зарядов". Ресурс может использоваться разнообразным образом: в качестве основы для тестирования, практической работы.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 dokument_microsoft_office_word.docx | 978.67 КБ |
Предварительный просмотр:
Пояснительная записка
Карточки данной серии помогут обучающимся лучше освоиться с новыми для них понятиями электростатики. Кроме того, развивается навыки решения задач, перевода единиц измерения, расчётов с помощью калькулятора
Методика работы с карточками
На рисунках карточек изображены два металлических шара, несущие на себе электрические заряды. Величины этих зарядов указаны на карточках. Для нахождения размеров шаров и расстояния между ними (их центрами) служит клетчатая сетка. На каждой карточке указана длина стороны клетки этой сетки. Масса шарика, на котором находится пробный заряд в точке В, и величина этого заряда тоже указаны на карточках.
После ознакомления обучающихся с законом Кулона рекомендуется поставить самостоятельную работу с карточками. Предлагают первые два вопроса. Расстояния вычисляют по длине клеточек в соответствующем масштабе, используя теорему Пифагора.
Второй раз полезно применить карточки после изучения понятия напряженности электрического поля. Предложив обучающимся вопросы 3, 4,5. Учащимся следует перечертить расположение всех зарядов в свою тетрадь (разлинованную в клетку) и в выбранном масштабе начертить векторы и
и их суммарный вектор
. интересно предложить обучающимся начертить примерное расположение линии напряженности, проходящей через точку В.
При желании можно задать одновременно вопросы 1-5.
Третий раз карточки рекомендуется использовать после изучения понятия потенциала и разности потенциалов. Предлагают вопросы 6-8. Данное задание можно сделать в виде программированного упражнения.
Решение рекомендуется проводить в единицах СИ, при этом считая, что взаимодействие происходит в вакууме (ε = 1).
Вопросы к карточкам «Взаимодействие электрических зарядов»
- Каково расстояние между центрами шаров?
- С какой силой взаимодействуют между собой заряды на шарах?
- Рассчитайте значения напряженности поля в точке В, созданного каждым зарядом. Перечертите расположение шаров и пробного заряда q к себе в тетрадь. В выбранном масштабе изобразите векторы напряженности, созданные каждым зарядом в точке В. Найдите величину и направление суммарного вектора напряженности в этой точке поля. Изобразите примерное расположение линии напряженности, проходящей через точку В.
- С какой силой действует электрическое поле на пробный заряд q, помещённый в точку В?
- Какое ускорение приобретает тело с пробным зарядом q и массой m?
- Определите по масштабу радиусы шаров и вычислите их потенциалы.
- Определите потенциалы электрического поля в точках В и С.
- Какую работу должны совершить внешние силы для перемещения пробного заряда q из точки В в точку С?
Пример решения для карточки №8
- Расстояние между центрами шаров:
=10, r = 10 см = 0,1 м
- Модуль силы взаимодействия между зарядами q1 и q2:
- Модуль напряженности электрического поля в точке В:
Изобразим векторы напряженности и
на чертеже в масштабе (см. рисунок)
Построим вектор напряженности Направление его указано на чертеже, а модуль вычисляем:
Проведём примерную линию напряженности электрического поля через точку В. Эта линия должна быть касательной к направлению вектора и перпендикулярна к поверхности шара, несущего заряд q2.
- Модуль силы, с которой поле действует на пробный заряд q в точке В:
- Модуль ускорения в точке В составит:
- Потенциалы на шарах, несущих заряды q1 и q2:
- Потенциалы в точках В от зарядов q1и q2 будут во столько раз меньше потенциалов на шарах, во сколько расстояния от центров шаров до этой точки больше радиусов шаров. В данном примере соответственно в 8 и 6 раз. Поэтому общий потенциал в точке В равен:
Потенциал в точке С от тех же зарядов определяют, предварительно найдя расстояния от шаров до этой точки.
= 13,6 см = 0,136 м
= 8,06 см = 0,081 м
- Работа внешних сил, необходимая для перемещения пробного заряда q из точки В в точку С:
Дж
Пример программированного упражнения
Вопросы:
- Потенциал шара с зарядом q1, В
- Потенциал шара с зарядом q2, В
- Потенциал в точке В, В
- Потенциал в точке С, В
- Работа по перемещению заряда q из точки В точку С, мкДж
Ответы к карточкам №1, 3, 5, 7, 9
I | II | III | IV | V | |
1 | 4 500 | -22 500 | 7 200 | 2 200 | -8,6 |
2 | 5 400 | -7 200 | 0 | 2 800 | -7,5 |
3 | 18 000 | 9 000 | -57 | 350 | -3,8 |
4 | 3 200 | 18 000 | 640 | -130 | -3,6 |
5 | 22 500 | 3 600 | 2 000 | 62 | 22 |
Код для проверки:
№1 – 25 431
№3 – 23 512
№5 – 34 125
№7 – 51 243
№9 – 12 354
Ответы к карточкам №2, 4, 6, 8, 10
I | II | III | IV | V | |
1 | 9 000 | -54 000 | -12 000 | -250 | 4,1 |
2 | -36 000 | -9 000 | 380 | -1 400 | -1,2 |
3 | 36 000 | -18 000 | 1 700 | -8 200 | -1,0 |
4 | 18 000 | 7 200 | -2 300 | 1 200 | 7,5 |
5 | 27 000 | -45 000 | 750 | 2 300 | -320 |
Код для проверки:
№2 – 53 241
№4 – 42 513
№6 – 31 425
№8 – 25 134
№10 – 14 352
Приложение
вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | а | б |
заряд q1, 10 -9 Кл | 1,50 | 30,00 | 6,00 | 40,00 | 20,00 | 2000,00 | 50,00 | -40,00 | 5,00 | 50,00 | 40,00 | 500,00 |
заряд q2, 10 -9 Кл | 1,00 | -20,00 | 10,00 | -20,00 | 20,00 | -3000,00 | -50,00 | -50,00 | -8,00 | 40,00 | -30,00 | -300,00 |
заряд q, 10 -9 Кл | 30,00 | 5,00 | -50,00 | 1,00 | -5,00 | -400,00 | 30,00 | 2,00 | -30,00 | -2,00 | 5,00 | -20,00 |
масса, кг | 0,0020 | 0,0200 | 0,0001 | 0,0050 | 0,0020 | 0,0200 | 0,0050 | 0,0500 | 0,0100 | 0,0002 | 0,0002 | 0,0020 |
1. расстояние между зарядами, м | 0,05 | 0,10 | 0,10 | 0,20 | 0,08 | 10,00 | 0,16 | 0,10 | 0,20 | 9,90 | 0,50 | 0,80 |
2. модуль силы взаимо-действия, 10-5 Н | 0,54 | 54,00 | 5,40 | 18,00 | 56,25 | 54,00 | 87,89 | 180,00 | 0,90 | 0,02 | 4,32 | 210,94 |
3. напряженность поля, создаваемая в точке В зарядом q1, 103 В/м | 8,00 | 42,00 | 15,00 | 14,00 | 72,00 | 0,75 | 45,00 | 56,00 | 0,88 | 1,50 | 2,00 | 18,00 |
3. напряженность поля, создаваемая в точке В зарядом q2, 103 В/м | 10,00 | 50,00 | 14,00 | 12,50 | 72,00 | 0,28 | 45,00 | 125,00 | 0,26 | 2,00 | 3,00 | 10,80 |
3. напряженность поля в точке В , 103 В/м | 12,81 | 65,30 | 20,52 | 18,77 | 86,40 | 0,80 | 72,00 | 136,97 | 0,70 | 3,00 | 3,61 | 23,50 |
4. модуль силы, действующей на заряд, 10-5 Н | 38,43 | 32,65 | 102,59 | 1,88 | 43,20 | 32,00 | 216,00 | 27,39 | 2,10 | 0,60 | 1,80 | 47,00 |
5. модуль ускорения заряда, 10-2 м/с2 | 19,22 | 1,63 | 1025,90 | 0,38 | 21,60 | 1,60 | 43,20 | 0,55 | 0,21 | 3,00 | 9,01 | 23,50 |
6. потенциал шара с зарядом q1, кВ | 5,40 | 27,00 | 5,40 | 18,00 | 18,00 | 36,00 | 9,00 | -36,00 | 4,50 | 9,00 | 7,20 | 45,00 |
6. потенциал шара с зарядом q2, кВ | 3,60 | -18,00 | 9,00 | -9,00 | 18,00 | -54,00 | -9,00 | -45,00 | -7,20 | 7,20 | -5,40 | -27,00 |
7. потенциал в точке В, кВ | 0,64 | 0,38 | 2,00 | 0,75 | 7,20 | -2,25 | 0,00 | -12,00 | 0,46 | 1,70 | 0,00 | 3,60 |
7. потенциал в точке С, кВ | 0,35 | 1,20 | 2,20 | -0,25 | 2,85 | -1,90 | -0,26 | -8,23 | 0,06 | 2,30 | 0,44 | 4,80 |
8. работа внешних сил, 10-6 Дж | -8,70 | 4,10 | -10,00 | -1,00 | 21,75 | -141,20 | -7,71 | 7,54 | 12,00 | -1,20 | 2,20 | -24,00 |