Основные формулы и методические рекомендации по решению задач на электростатику

«Решение задач — это практическое искусство,

подобно плаванию, или катанию на лыжах,

или игре на пианино: вы можете научиться этому,

только практикуясь... если вы захотите научиться

плавать, то вынуждены будете зайти в воду,

а если вы захотите стать человеком,

хорошо решающим задачи, вы вынуждены их решать»

Д. Пойа

Данная тема посвящена рассмотрению общих методов решения задач по физике, а также повторим основные формулы и величины электростатики -  одного из разделов электродинамики.

В этом разделе будет рассматриваться всё, что связано с электродинамикой, а в конце курса будут рассмотрены колебания и волны. Напомним, что электродинамикой, в общем случае, называется наука, посвящённая решению любых задач, связанных с изучением электромагнитного поля, его взаимодействия с электрически заряженными телами, а также с телами, обладающими магнитными свойствами.

Известно, что электродинамика разбита на несколько разделов. В данном курсе будет рассмотрена, в первую очередь, электростатика. Электростатика изучает взаимодействие неподвижных электрических зарядов. Далее перейдём к изучению законов постоянного тока: здесь будут рассматриваться электрические цепи, а также различные характеристики электрического тока. Следующий раздел будет посвящен основам магнитостатики – то есть, изучению взаимодействия постоянных токов посредством создаваемых ими магнитных полей.

В последнем разделе будут рассмотрены решения задач на электромагнитную индукцию. Напомним, что электромагнитная индукция – это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Рассмотрим методические рекомендации по решению физических задач. Конечно, не существует универсального способа решения любой задачи, поэтому дадим лишь самые общие рекомендации. Однако, следует заметить, что прежде чем решать задачи, необходимо изучить и понять теорию, относящуюся к данной теме.

Методические рекомендации по решению задач.

1) Внимательно прочесть условия задачи, мысленно представляя ситуацию, описанную в ней. Очень часто ученики делают ошибки из-за того, что не вникли в условие задачи. Для примера рассмотрим простую задачу: Точечный заряд, равный 300 мкКл, переместился из одной точки в другую, потенциал в которой ниже на 0,5 В. Найдите работу, совершенную электрическим полем, предполагая, что это поле однородно.

2) Записать условие задачи в кратком форме (то есть, записать «дано»). Также, необходимо уметь извлекать данные из литературных выражений: например, в задаче следует предположить, что поле однородно, то есть, модуль, и направление вектора напряжённости остаются постоянными в каждой точке поля. И, конечно, необходимо указать в «дано» искомую величину.

3) Перевести значения всех физических величин в СИ. Иногда, в этом нет необходимости, но, тем не менее, все вычисления должны производиться с величинами, имеющими соответствующие единицы измерения.

4) Сделать рисунок, чертеж или схему. На рисунке показать все векторные величины. Почти в любой задаче имеет смысл начертить вспомогательный рисунок.

5) Выяснить, какими физическими законами можно описать данную задачу. Если в закон входят векторные величины, то надо записать уравнение, выражающее закон в векторном виде.

6) Выбрать направления координатных осей и записать векторные соотношения в проекциях на оси координат в виде скалярных уравнений.

7) Оценить количество неизвестных физических величин, вошедших в уравнения и составить столько же уравнений, которые образуют систему уравнений. Решить полученную систему уравнений и выразить искомую величину в общем виде.

8) Проверить правильность решения с помощью обозначений единиц физических величин.

9) Подставить в общее решение числовые значения физических величин и произвести вычисления.

10) Оценить реальность полученного результата и записать ответ в единицах СИ или в тех единицах, которые заданы в условии задачи.

11) Записать ответ, обязательно указав единицы измерения величины, записанной вами в ответе. Иногда, полезно проверить, есть ли другие способы решения данной задачи.

Ответ: работа электрического поля составила 1,5 мкДж.

Основные формулы электростатики.

Методические рекомендации по решению задач на электростатику.

1. Сделать схематический рисунок, обозначив на нём точечные заряды и силы, действующие на интересующий заряд. Также, при необходимости, обозначить линии напряжённости или эквипотенциальные поверхности, относящиеся к решению задачи.

2. Выбрать систему отсчёта (например, обозначить нулевой потенциал или нулевой энергетический уровень).

3. Составить на основании законов электростатики систему уравнений в векторном виде для всех интересующих зарядов (или полей). А затем в скалярной форме, спроецировав на координатные оси векторные уравнения.

4. Решить полученную систему уравнений относительно искомых величин в общем виде, убедиться в соответствии единиц измерения и произвести вычисления.