Ваимодействие электричеcких зарядов. Закон Кулона.

Значение взаимодействия зарядов. Электрические взаимодействия играют исключительно большую роль в строении атома и образовании молекул. Они проявляют себя и в механике «под видом» силы упругости и силы трения. Электрические взаимодействия лежат в основе действия таких устройств, как ксерокс, применяются в дактилоскопии, в электростатических фильтрах.

Природа электрических взаимодействий. В начале 18-го века французский ученый Шарль Дюфе объяснил притяжение и отталкивание наэлектризованных тел существованием двух типов электрических зарядов. В начале 18-го века французский ученый Шарль Дюфе объяснил притяжение и отталкивание наэлектризованных тел существованием двух типов электрических зарядов. Бенджамин Франклин предложил назвать электрические заряды одного типа положительными, а другого типа - отрицательными.

Два вида зарядов. Два вида зарядов.

Притяжение и отталкивание заряженных тел Одноименно заряженные тела отталкиваются, а разноименно заряженные - притягиваются.

Cилы взаимодействия Силы взаимодействия зарядов равны по модулю, но противоположны по направлению Силы взаимодействия зарядов равны по модулю, но противоположны по направлению Вектор силы взаимодействия зарядов лежит на прямой, соединяющей центры заряженных тел Вектор силы взаимодействия зарядов лежит на прямой, соединяющей центры заряженных тел

Закон Кулона Закон взаимодействия точечных зарядов установил на опыте в конце 18-го века французский ученый Шарль Кулон.

Опытная установка- крутильные весы

Опыты Кулона Чтобы определить зависимость силы взаимодействия от величины заряда шариков, Кулон уменьшал заряд металлического шарика вдвое, касаясь им другого такого же шарика. Чтобы определить зависимость силы взаимодействия от величины заряда шариков, Кулон уменьшал заряд металлического шарика вдвое, касаясь им другого такого же шарика. Для выяснения зависимости силы от расстояния поворотом винта изменял первоначальное расстояние между шариками. Для выяснения зависимости силы от расстояния поворотом винта изменял первоначальное расстояние между шариками.

Закон Кулона Два заряженных тела взаимодействуют друг с другом силами, прямо пропорциональными зарядам обоих тел и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними Два заряженных тела взаимодействуют друг с другом силами, прямо пропорциональными зарядам обоих тел и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними F=F= k

Аналогия с законом всемирного тяготения

В формуле, выражающей закон Кулона F-сила взаимодействия зарядов, Н F-сила взаимодействия зарядов, Н q-заряд, Кл q-заряд, Кл ε 0 -электрическая постоянная ε 0 -электрическая постоянная k- коэффициент k- коэффициент ε - диэлектрическая проницаемость среды ε - диэлектрическая проницаемость среды

Величина силы взаимодействия зарядов 1Кл 1м

При одновременном действии на данный заряд нескольких зарядов результирующая сила равна векторной сумме всех действующих сил

Принцип суперпозиции электрических сил для расчета силы, действующей со стороны двух зарядов на третий Пример 1 Пример 2 F3=F32-F31 F2=F23+F21

Пример 3. Пример 3. q1 q2 q3 α

Алгоритм решения задач на применение закона Кулона к системе точечных зарядов. 1. Выполнить рисунок, на котором обозначить все заряды и изобразить все действующие электрические силы, обозначив их индексом заряда. 1. Выполнить рисунок, на котором обозначить все заряды и изобразить все действующие электрические силы, обозначив их индексом заряда. 2. Если заряд находится в равновесии, то все силы, приложенные к нему должны быть скомпенсированы, поэтому нужно выбрать направление, на которое спроецировать эти силы и сумму их проекций приравнять к нулю. 2. Если заряд находится в равновесии, то все силы, приложенные к нему должны быть скомпенсированы, поэтому нужно выбрать направление, на которое спроецировать эти силы и сумму их проекций приравнять к нулю. 3. Записать систему уравнений, соответствующих условию задачи, решить ее относительно искомой величины. 3. Записать систему уравнений, соответствующих условию задачи, решить ее относительно искомой величины. 4. Проверить решение задачи в общем виде относительно единиц измерения в СИ. Выполнить расчеты. 4. Проверить решение задачи в общем виде относительно единиц измерения в СИ. Выполнить расчеты. Примечания: Если заряды движутся равномерно или покоятся, дополнительно применяем I закон Ньютона, если равноускоренно- II закон Ньютона. Если происходит перераспределение зарядов, добавляем закон сохранения зарядов, согласно которому сумма зарядов системы не изменяется. Примечания: Если заряды движутся равномерно или покоятся, дополнительно применяем I закон Ньютона, если равноускоренно- II закон Ньютона. Если происходит перераспределение зарядов, добавляем закон сохранения зарядов, согласно которому сумма зарядов системы не изменяется.

Дано: Решение: Ответ: расстояние нужно увеличить в 6 раз. Примеры задач на применение закона Кулона Задача 1. Во сколько раз нужно изменить расстояние между зарядами при увеличении одного из них в 3 раза, чтобы сила взаимодействия уменьшилась в 12 раз? (1) (2)

Задача 2. Задача 2. Четыре заряда расположены в углах квадрата; Четыре заряда расположены в углах квадрата; Какой и где следует поместить заряд, чтобы система находилась в равновесии? Какой и где следует поместить заряд, чтобы система находилась в равновесии? q2 q1 q4 q3

Дано: Дано: q2 q3 q1 q4 q5 Решение: Заряд q5 должен быть отрицательным, т.к. иначе система «разбежится» в результате взаимного отталкивания. В силу симметрии он должен расположиться в центре квадрата. Обозначим длину стороны x. Найдем равнодействующую F1 и F3 (розовая стрелка на рис.) (2) Запишем условие равновесия заряда q4 (1)

q2 q3 q1 q4 q5 (3): Найдем F2 : Расстояние от q2 до q4 равно диагонали квадрата, то есть Тогда (4) Расстояние от q5 до q4 равно половине диагонали, а сила F5 (6) Запишем равенство (3) После упрощения получаем:

Задача 3. На рисунке показана результирующая сила, действующая со стороны зарядов и на заряд Определите отношение величин зарядов и их знаки. А B C

Решение: A B C Из чертежа видно, что величина FА в два раза больше, чем FВ. Расстояния АС и ВC одинаковы, АС=ВC=r

Д/З Два положительных и два отрицательных заряда, равных q, расположены в вершинах квадрата. Какой величины и где должен быть помещен пятый заряд, чтобы система была в равновесии? Успехов в решении задач на закон Кулона!

Автор презентации: учитель физики первой категории Ямаева Ольга Эльфатовна Автор презентации: учитель физики первой категории Ямаева Ольга Эльфатовна Рекомендации: Презентация может быть использована для сопровождения урока, а так же как электронное пособие для самостоятельного изучения темы, в качестве ресурса дистанционного обучения, для индивидуальной подготовки к ЕГЭ. Рекомендации: Презентация может быть использована для сопровождения урока, а так же как электронное пособие для самостоятельного изучения темы, в качестве ресурса дистанционного обучения, для индивидуальной подготовки к ЕГЭ. Презентация была включена в видео- версию урока открытого образовательного канала Елабужского Государственного педагогического университета в 2009 году. Презентация была включена в видео- версию урока открытого образовательного канала Елабужского Государственного педагогического университета в 2009 году.