электрические явления электрический заряд закон кулона
advertisement
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ Взаимодействие зарядов. Основные положения: Электрический заряд это скалярная физическая величина, характеризующая способность частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия. • • • • Заряды бывают двух типов, условно называемые «положительные» и «отрицательные»; Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются; Сила взаимодействия двух точечных зарядов направлена по прямой, 𝐹1 𝐹2 соединяющей эти заряды: 𝐹1 𝐹2 Величина силы взаимодействия двух точечных зарядов определяется формулой: 𝒒 ∙ 𝒒 𝑭𝟏𝟐 = 𝒌 𝟏 𝟐 Это закон Кулона!!! 𝒓𝟐 Силы взаимодействия неподвижных точечных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними 𝟏 Кл𝟐 −𝟏𝟐 𝒌= ε0 – электрическая постоянная 𝜺𝟎 = 𝟖, 𝟖𝟓 ∙ 𝟏𝟎 𝟒𝝅𝜺𝟎 Н ∙ м𝟐 • Силы Кулоновского взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: 𝑭 =𝑭 =𝑭 , 𝑭 =−𝑭 𝟏𝟐 Лицей 1511 Грушин, Резванов, Самоварщиков, Физика 10 класс 𝟏 𝟐 𝟏 𝟐 Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Й З А Р Я Д З А К О Н К У Л О Н ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ СТАТИКА 14.18. Три одинаковых шарика массой 𝑚 = 10 г каждый соединены нитями одинаковой длины 𝑙 = 10 см. Два шарика имеют заряд 𝑞 = 0,1 мкКл, третий шарик - отрицательный заряд (-q). К этому шарику приложили силу, направленную перпендикулярно нити, соединяющей положительные заряды, под действием которой вся система (см рис.) движется с ускорением. При этом натяжения всех нитей одинаковы. Найти величину ускорения 𝑎. Силу тяжести не учитывать. 1. Запишем краткое условие: 2. Изобразим картинку: 3. Изобразим силы, действующие на заряды: ′ 𝑭к𝟏 a. Внешняя сила 𝑭 b. Силы кулоновского взаимодействия 𝑭к 𝑻𝟑 𝑭к𝟐 ′ ′ ′ 𝑭′к𝟑 𝑭 = 𝑭 = 𝑭 = 𝑭 = 𝑭 к𝟏 к𝟐 к𝟏 к𝟐 к𝟏 = 𝑭к𝟏 = 𝑭к ′ 𝑻 𝑭 к𝟐 𝜶 y 𝑻′𝟏 𝟐 𝑭 𝒂 𝑻′𝟐 𝑻х = 𝑻𝒄𝒐𝒔𝜶 c. Силы натяжения нитей 𝑻 𝑻𝟑 𝑻у = 𝑻𝒔𝒊𝒏𝜶 𝑻𝟏 ′ 𝑻′𝟏 = 𝑻𝟏 = 𝑻′𝟐 = 𝑻𝟐 = 𝑻′𝟏 = 𝑻𝟏 = 𝑻 𝑻 𝟑 𝑭кх = 𝑭к 𝒄𝒐𝒔𝜶 𝑭к𝟑 4. Изобразим ускорение 𝒂 системы: 𝑭к𝒚 = 𝑭к 𝒔𝒊𝒏𝜶 5. Исходя из симметрии задачи, выберем и ′ 1 𝑭к𝟑 изобразим оси 0х и 0у 𝑠𝑖𝑛300 = ∗ 2 a. Важно! Угол α сил 𝑭′к𝟑 и 𝑻′𝟑 с осью 𝑭к𝟏 3 0х равен 300 𝑐𝑜𝑠300 = ∗∗ 0 x 2 ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ Лицей 1511 Грушин, Резванов, Самоварщиков, Физика 10 класс 𝑚 = 0,01кг 𝑙 = 0,1 м 𝑞 = 0,1 ∙ 10−6 Кл 𝑎 =? ′ Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Й З А Р Я Д З А К О Н К У Л О Н ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРОДОЛЖЕНИЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ СТАТИКА 14.18. Три одинаковых шарика массой 𝑚 = 10 г каждый соединены нитями одинаковой длины 𝑙 = 10 см. Два шарика имеют заряд 𝑞 = 0,1 мкКл, третий шарик - отрицательный заряд (-q). К этому шарику приложили силу, направленную перпендикулярно нити, соединяющей положительные заряды, под действием которой вся система (см рис.) 𝑚 = 0,01кг движется с ускорением. При этом натяжения всех нитей одинаковы. Найти 𝑙 = 0,1 м величину ускорения 𝑎. Силу тяжести не учитывать. 𝑞 = 0,1 ∙ 10−6 Кл 6. Запишем уравнения динамики в проекциях на оси координат для 𝑎 =? нижнего заряда +𝒒: 𝑭′к𝟏 0x│𝑚𝑎 = 𝐹 𝑐𝑜𝑠𝛼 + 𝑇𝑐𝑜𝑠𝛼 𝟏 к 𝒂 𝑭к𝟐 y 𝑻 𝑻′𝟏 𝟐 𝑻𝟏 𝑻′𝟑 𝑭′к𝟐 𝑻′𝟐 𝑻𝟑 𝑭к𝟑 𝑭′к𝟑 𝑭к𝟏 0 𝐹к = x 0y│0 = 𝐹к 𝑠𝑖𝑛𝛼 − 𝐹к + 𝑇𝑠𝑖𝑛𝛼 + 𝑇 𝟐 Из (2) с учетом ∗ ⇒ 𝐹к 1 − 𝑠𝑖𝑛𝛼 = 𝑇(1 + 𝑠𝑖𝑛𝛼) ⇒ 1 ∙ 2 𝐹к 𝐹к 1 − 𝑠𝑖𝑛𝛼 𝐹 𝑭 ⇒𝑇 = = к2∙3 = 3 (1 + 𝑠𝑖𝑛𝛼) 1 Из (1) с учетом ∗∗ ⇒ 𝑚𝑎 = 𝐹к 𝑐𝑜𝑠𝛼 ∙ 1 + ; 3 𝐹к 3 ∙ 4 𝐹к 3 ∙ 4 2𝐹к 3 В соответствии с 𝑎= = = ; законом Кулона: 2∙3 2∙3 3 𝑞2 𝑞2 3 0,1 ∙ 10−6 ∙ 0,1 ∙ 10−6 ∙ 1,732 ⇒ 𝑎= = = 4𝜋𝜀0 ∙ 𝑙 2 6𝜋𝜀0 ∙ 𝑚𝑙 2 6 ∙ 3,14 ∙ 8,85 ∙ 10−12 ∙ 0,01 ∙ 0,1 ∙ 0,1 Лицей 1511 Грушин, Резванов, Самоварщиков, Физика 10 класс Ответ: 1,04м/с2 𝟑𝒒𝟐/(𝟔𝝅𝜺𝟎𝒎𝒍𝟐) = 𝟏, 𝟎𝟒м/с𝟐 Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Й З А Р Я Д З А К О Н К У Л О Н ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ СТАТИКА 14.19. Внутри гладкой сферы находится маленький заряженный шарик. Какой величины 𝑄 заряд нужно поместить в нижней точке сферы, для того чтобы шарик удерживался в ее верхней точке? Диаметр сферы 𝑑 = 50 см, заряд шарика 𝑞 = 1 мкКл, его масса 𝑚 = 10 г. Указание: использовать условие устойчивости равновесия. Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Й З А Р Я Д З А К О Н Лицей 1511 Грушин, Резванов, Самоварщиков Физика 10 класс Ответ: 𝑸 > 𝟖𝝅𝜺𝟎𝒎𝒈𝒅𝟐/𝒒 = 𝟓, 𝟔мкКл. К У Л О Н
