Физика: Методические указания и контрольная работа № 2

решать задачи на определение емкости батарей конденсаторов, на связь напряженности и разности потенциалов, на закон Кулона.

Понятие об электромагнитном поле и его частных проявлениях. Материальность электромагнитного поля.

Явление электризации тел. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона. Электрическая постоянная.

Электрическое поле и его напряженность. Графическое изображение полей точечных зарядов. Однородное электрическое поле.

Работа по перемещению заряда, совершаемая силами электрического поля. Потенциал и разность потенциалов. Связь между напряженностью и разностью потенциалов.

Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Диэлектрическая проницаемость среды. Электроемкость. Конденсаторы и их соединения. Энергия электрического поля заряженного конденсатора.

Лабораторная работа № 1

«Исследование электрического поля»

Методические указания

Примеры решения задач

Задачи по электростатике удобно разделить на две группы. К первой группе можно отнести задачи о точечных зарядах и системах, сводящихся к ним, ко второй – все задачи о заряженных телах, размерами которых нельзя пренебречь.

Решение задач первой группы основано на применении законов механики с учетом закона Кулона и вытекающих из него следствий. Такие задачи рекомендуется решать в следующем порядке:

а)  Расставить силы, действующие на точечный заряд, помещенный в электрическое поле и записать для него уравнение равновесия или основное уравнение динамики материальной точки.

б) Выразить силы электрического взаимодействия через заряды и характеристики поля и подставить эти выражения в исходном уравнении.

Силы взаимодействия зарядов можно рассчитать или по закону Кулона, или по формуле , считая, что один из зарядов находится в поле другого.

в)  Если при взаимодействии заряженных тел между ними происходит перераспределение зарядов, к составленному уравнению добавляют уравнение закона сохранения зарядов.

г) Записать вспомогательные формулы и полученную систему уравнений решить относительно неизвестной величины.

д)  Проводя вычисления в задачах электростатики, полезно знать что множитель , входящий во многие расчетные формулы, равен .

В задачах на систему заряженных тел (плоских конденсаторов) прежде всего необходимо установить тип соединения: выяснить, какие из конденсаторов соединены между собой последовательно, какие – параллельно.

При решении задач по электростатике и ответах на качественные вопросы иметь в виду следующее:

1)  Положительные электрические заряды, предоставленные самим себе, движутся в электрическом поле от точек с небольшим потенциалом к точкам, где потенциал меньше. Отрицательные заряды перемещаются в противоположном направлении.

2)  Напряженность электрического поля внутри статистически заряженного проводника равна нулю. Этот результат не зависит от того, находится ли проводник во внешнем электрическом поле или нет. Потенциал всех точек, лежащих на проводнике, имеет при этом одинаковое значение, т.е. поверхность проводника является эквипотенциальной. Потенциал во всех точках внутри проводника равен потенциалу на его поверхности.

3)  При внесении диэлектрика в электрическое поле модуль вектора напряженности Е уменьшается в Е раз в пространстве занятом диэлектриком и остается без изменения во всех остальных точках поля.

4)  Потенциал земли и всех тел, соединенных проводников с землей, принимается равным нулю.

5)  Если конденсатор состоит из двух проводящих концентрических сфер, радиусами R и ч (сферический конденсатор), то емкость равна:

где Е – проницаемость диэлектрика.

Задача 1

Два заряда и расположены в керосине на расстоянии 0,4 м друг от друга. Определить напряженность поля в точке О, расположенной на середине отрезка прямой, соединяющею центры зарядов.

Е -?

Согласно принципу суперпозиции электрических полей имеем:

Поскольку векторы  и  направлены по одной прямой и в одном направлении, напряженность поля в точке О будет равна сумме модулей напряженностей  и :

Ответ: напряженность электрического поля в точке О равна .

Задача 2

Определить электроемкость батареи конденсаторов, если  и .

С₁

С₃

С₂

?

Конденсаторы С₁ и С₂ соединены параллельно, поэтому

Последовательно с ними включен конденсатор С₃. Следовательно,

      

Ответ: электроемкость батареи конденсаторов равна 444,4 пФ.

Тема 3.2. Законы постоянного тока

Студент должен иметь представление:

- о сверхпроводимости;

знать:

- физические основы проводимости металлов;

- понятие силы тока, напряженности, сопротивления, ЭДС;

- законы Ома для участка и для полной цепи;

- правила Кирхгофа;

- закон Джоуля Ленца;

- зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного      сечения проводника.

уметь:

- решать задачи на использование законов Ома, правила Кирхгофа