Презентация по физике "Закон Кулона. Единица электрического заряда"

Закон Кулона. Единица электрического заряда

Электродинамика: электростатика

10 класс

70/102

Основной закон электростатики был экспериментально установлен Шарлем Кулоном в 1785 г. и носит его имя.

Закон сформулирован для точечных зарядов:

Заряженные тела, размерами и формой которых можно пренебречь при их взаимодействии, называются  точечными зарядами .

Шарль Огюстен де Кулон

(1736 - 1806 )

1. Опыты Кулона

Для выявления зависимости силы взаимодействия электрических зарядов от их модуля и расстояния между ними Кулон использовал специальный прибор — крутильные весы

Крутильные весы представляют собой стеклянный цилиндр, внутри которого на тонкой серебряной нити подвешено лёгкое стеклянное коромысло. На одном конце коромысла закрепляется маленький металлический шарик 1 , а на другом — противовес 2 . Шарик 1 можно заряжать с помощью ещё одного металлического шарика 3 , насаженного на стержень и закреплённого на крышке весов неподвижно.

При соприкосновении шарика 1 и заряженного шарика 3 заряд распределяется между ними и шарики отталкиваются. По углу закручивания нити, который отсчитывается по шкале, можно определить силу взаимодействия зарядов.

1. Опыты Кулона

• Сила взаимодействия двух заряженных шариков обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

• Сила их взаимодействия прямо пропорциональна произведению зарядов:

2. Закон Кулона

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними

| q 1 | и | q 2 | – модули зарядов,

r — расстояние между точечными зарядами,

k – коэффициент пропорциональности

k =9·10 9  Н·м 2 /Кл 2 .

.

k =9·10 9  Н·м 2 /Кл 2 .

Коэффициент k показывает, что два точечных заряда по 1 Кл, находящихся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой 9·10 9  Н.

Силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов направлены вдоль прямой, соединяющей их. Поскольку расстояние между зарядами много больше размеров заряженных тел, то их можно считать точечными. В соответствии с третьим законом Ньютона

Записанная формула закона Кулона справедлива для зарядов, взаимодействующих в вакууме !

Вместо коэффициента k применяется другой коэффициент, который называется электрической постоянной ε 0 .

Закон Кулона в этом случае имеет вид

Если заряды взаимодействуют в среде , то сила взаимодействия уменьшается:

где ε —  диэлектрическая проницаемость  среды, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в среде меньше, чем в вакууме .

3. Принцип суперпозиции сил

На рисунке показаны три взаимодействующих электрических заряда — q 1 , q 2 , q 3 . Равнодействующая сила F 1 действующая на заряд q l является геометрической суммой сил F 12 и F 13 взаимодействия этого заряда с зарядами q 2 и q 3 , определяемыми по закону Кулона:

+

1. Два положительных заряда находятся в вакууме на расстоянии 1,2 м друг от друга и взаимодействуют с силой 0,5 Н. Величина одного заряда в 5 раз больше другого. Определите величину меньшего заряда.

2. Две отрицательно заряженные частицы, находясь на расстоянии 3,2·10 -5 м в среде с диэлектрической проницаемостью 9, отталкиваются с силой 2,25·10 -11 Н. Считая заряды частиц равными, определите число избыточных электронов на одной из них. Заряд электрона равен -1,6·10 -19 Кл.

3. Точечные заряды 5·10 -8 Кл и 8·10 -8 Кл закреплены на расстоянии 2 м друг от друга в вакууме. В центре прямой, соединяющей заряды, находится третий заряд, равный 1·10 -9 Кл. Чему равен модуль силы, действующей на третий заряд? Куда направлена эта сила?

4. Три заряда +2 q , + q и - q находятся в вершинах равностороннего треугольника со стороной а (см. рисунок). Определите результирующую силу, действующую на положительный заряд +q.

Домашнее задание:

§85, Задачи 3,4 к §86