Урок физики № 52 в 10 классе

Дата:

Тема: Потенциал электростатического поля, разность потенциалов. Связь между напряженностью и напряжением.

Цель:

• Введение понятия потенциала электростатического поля, разность потенциалов; вывод формулы связи напряженности и напряжения;
• Развитие представлений о взаимодействии электрических зарядов; развитие внимания, мышления, умений анализировать, делать выводы;
• Воспитание культуры умственного труда, коммуникативных качеств личности; умения слушать и слышать другого; воспитание настойчивости, аккуратности, инициативности, точности.

Тип урока: изучение нового материала.

Форма урока: лекция с элементами беседы.

Д/з: § 97,98.

Ход урока

1. Орг.момент.
2. Проверка д/з.

1. Устный опрос:

• Потенциальная энергия заряженного тела.

3. Объяснение нового материала (сопровождается презентацией).

1. Потенциал электростатического поля.

Работа любого электростатического поля при перемещении в нем заряженного тела из одной точки в другую также не зависит от формы траектории, как и работа однородного поля.На замкнутой траектории работа электростатического поля всегда равна нулю. Поля, обладающие таким свойством, называют потенциальными. Потенциальный характер, в частности, имеет электростатическое поле точечного заряда.

Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле пропорциональна заряду. Это справедливо как для однородного поля, так и для неоднородного. Следовательно, отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от помещенного в поле заряда.
   Это позволяет ввести новую количественную характеристику поля - потенциал, не зависящую от заряда, помещенного в поле.
   Для определения значения потенциальной энергии, как мы знаем, необходимо выбрать нулевой уровень ее отсчета. При определении потенциала поля, созданного системой зарядов, предполагается, что потенциал в бесконечно удаленной точке поля равен нулю.
   Потенциалом точки электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда, помещенного в данную точку, к этому заряду.
   Согласно данному определению потенциал равен:

2. Разность потенциалов.

Подобно потенциальной энергии, значение потенциала в данной точке зависит от выбора нулевого уровня для отсчета потенциала, т. е. от выбора точки, потенциал которой принимается равным нулю. Изменение потенциала не зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала.
   Так как потенциальная энергия , то работа сил поля равна:

Здесь

- разность потенциалов, т. е. разность значений потенциала в начальной и конечной точках траектории.
   Разность потенциалов называют также напряжением.
   Согласно формулам разность потенциалов между двумя точками оказывается равной:

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении положительного заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда.
   Если за нулевой уровень отсчета потенциала принять потенциал бесконечно удаленной точки поля, то потенциал в данной точке равен отношению работы электростатических сил по перемещению положительного заряда из данной точки в бесконечность к этому заряду.
  3.  Единица разности потенциалов. 

Единицу разности потенциалов устанавливают с помощью формулы. В Международной системе единиц работу выражают в джоулях, а заряд - в кулонах. Поэтому разность потенциалов между двумя точками численно равна единице, если при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки в другую электрическое поле совершает работу в 1 Дж. Эту единицу называют вольтом (В); 1 В = 1 Дж/1 Кл.
4. Связь напряженности электрического поля с потенциалом.
   Пусть заряд q перемещается в направлении вектора напряженности однородного электрического поля  из точки 1 в точку 2, находящуюся на расстоянии  от точки1.  Электрическое поле совершает работу:

   Эту работу согласно формуле можно выразить через разность потенциалов в точках 1 и 2:

   Приравнивая выражения для работы, найдем модуль вектора напряженности поля:

   В этой формуле U - разность потенциалов между точками 1 и 2, которые связаны вектором перемещения , совпадающим по направлению с вектором напряженности  .
   Формула показывает: чем меньше меняется потенциал на расстоянии , тем меньше напряженность электростатического поля. Если потенциал не меняется совсем, то напряженность поля равна нулю.
   Так как при перемещении положительного заряда в направлении вектора напряженности  электростатическое поле совершает положительную работу , то потенциал  больше потенциала .
   Следовательно, напряженность электрического поля направлена в сторону убывания потенциала.
   Любое электростатическое поле в достаточно малой области пространства можно считать однородным. Поэтому формула справедлива для произвольного электростатического поля, если только расстояние  настолько мало, что изменением напряженности поля на этом расстоянии можно пренебречь.
   5. Единица напряженности электрического поля. Единицу напряженности электрического поля в СИ устанавливают, используя формулу. Напряженность электрического поля численно равна единице, если разность потенциалов между двумя точками на расстоянии 1 мв однородном поле равна 1 В. Наименование этой единицы - вольт на метр (В/м).
   Напряженность можно также выражать в ньютонах на кулон. Действительно,

   6. Эквипотенциальные поверхности. При перемещении заряда под углом 90° к силовым линиям электрическое поле не совершает работы, так как сила перпендикулярна перемещению. Значит, если провести поверхность, перпендикулярную в каждой ее точке силовым линиям, то при перемещении заряда вдоль этой поверхности работа не совершается. А это означает, что все точки поверхности, перпендикулярной силовым линиям, имеют один и тот же потенциал.
   Поверхности равного потенциала называют эквипотенциальными.
   Эквипотенциальные поверхности однородного поля представляют собой плоскости (рис.14.29), а поля точечного заряда - концентрические сферы.

   Подобно силовым линиям, эквипотенциальные поверхности качественно характеризуют распределение поля в пространстве. Вектор напряженности перпендикулярен эквипотенциальным поверхностям и направлен в сторону уменьшения потенциала.
   Эквипотенциальные поверхности строятся обычно так, что разность потенциалов между двумя соседними поверхностями постоянна. Поэтому согласно формуле расстояния между соседними эквипотенциальными поверхностями увеличиваются по мере удаления от точечного заряда, так как напряженность поля уменьшается.
   Эквипотенциальные поверхности однородного поля расположены на равных расстояниях друг от друга.
   Эквипотенциальной является поверхность любого проводника в электростатическом поле. Ведь силовые линии перпендикулярны поверхности проводника. Причем не только поверхность, но и все точки внутри проводника имеют один и тот же потенциал. Напряженность поля внутри проводника равна нулю, значит, равна нулю и разность потенциалов между любыми точками проводника.
   Модуль напряженности электростатического поля численно равен разности потенциалов между двумя близкими точками в этом поле, деленной на расстояние между этими точками.

4. Закрепление.

1. Разбор задачи стр 277;
2. Упр 17(6) – устно;
3. Упр 17 (7) – письменно.

5. Итог урока.
6. Рефлексия.
7. Д/з.

sJ#�.=f��I �E 12.0pt;mso-bidi-font-size:12.5pt;line-height:115%;mso-fareast-font-family: "Times New Roman";mso-ansi-language:EN-US'> IV.            Закрепление.

Подготовка к ЕГЭ.

Решение тестовых заданий на напряженность эл. поля (слайд).

5. Рефлексия.
6. Итог урока.
7. Д/з.