Потенціал. Різниця потенціалів

Фізика

Для кого: 11 Клас

05.10.2018

40781

161

0

Перегляд
матеріалу
Отримати код

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКУ

Урок по темі №2

Тема уроку. Потенціал і різниця потенціалів.

Мета уроку: поглибити знання учнів про електричне та його властивості, ознайомити учнів з енергетичною характеристикою електричного поля, розкрити фізичне значення понять потенціал і різниця потенціалів; розвивати пам'ять, увагу; виховувати культуру спілкування, вміння чітко формулювати думку.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План викладення нового матеріалу:

  1. Потенціал електричного поля.

  2. Різниця потенціалів.

  3. Принцип суперпозиції.

  4. Зв'язок між напруженістю електростатичного поля і різницею потенціалів.

  5. Еквіпотенціальні поверхні.

Хід уроку

І. Організаційний момент. Взаємне вітання викладача та учнів, перевірка присутності учнів, підготовки їх до уроку.

ІІ. Актуалізація знань учнів.

Фронтальне опитування:

  1. Що таке електричне поле?

  2. Що таке напруженість електричного поля?

  3. В чому полягає принцип суперпозиції?

  4. Що таке силові лінії?

ІІІ. Повідомлення теми, мети, завдання уроку. У механіці взаємну дію тіл одне на одне характеризують силою або потенціальною енергією. Електростатичне поле, що здійснює взаємодію між зарядами, також характеризують двома величинами. Напруженість поля – це силова характеристика. Тепер введемо енергетичну характеристику – потенціал.

ІV. Вивчення нового матеріалу.

1. Потенціал електричного поля

Нехай - потенціальна енергія пробного заряду в деякій точці електричного поля. Різні пробні заряди у даній точці поля матимуть різні потенціальні енергії. Водночас відношення потенціальної енергії пробних зарядів до їх значень для даної точки поля є величиною сталою і тому може служити характеристикою електричного поля.

Потенціал – це фізична величина, яка визначається відношенням потенціальної енергії заряду до цього заряду

Потенціал – це енергетична характеристика електричного поля.

Потенціал, так само як і потенціальну енергію, визначають відносно довільного вибраного нульового рівня. Так, в електротехніці відлік потенціалу ведуть відносно поверхні Землі, в радіотехніці – відносно металевої основи (шасі) апарата, в теоретичній фізиці – відносно нескінченності (приймається, що потенціал нескінченості дорівнює нулю).

2. Різниця потенціалів

Практичне значення має не сам потенціал у точці, а зміна потенціалу, яка не залежить від вибору нульового рівня відліку потенціалу. Знайдемо, як вона пов’язана з роботою поля під час переміщення заряду між цими точками.

Нехай заряд q переміщається із точки 1 у точку 2. Позначимо потенціали поля в цих точках і .

Оскільки потенціальна енергія , то робота дорівнює:

,

тобто,

Різниця потенціалів між двома точками дорівнює відношенню роботи поля під час переміщення заряду з початкової точки в кінцеву до цього заряду.

Різницю потенціалів називають також напругою й позначають U

Різницю потенціалів (напругу) вимірюють в вольтах (В).

3. Принцип суперпозиції

З принципу суперпозиції випливає, що потенціал електричного поля системи зарядів дорівнює алгебраїчній сумі потенціалів полів, створених кожним із зарядів:

.

Потенціал позитивного заряду позитивний, а негативного – негативний.

4. Зв'язок між напруженістю електростатичного поля і різницею потенціалів

Між напруженістю електростатичного поля і різницею потенціалів існує певна залежність, яку ми зараз виведемо.

Нехай заряд q рухається в напрямі напруженості однорід­ного поля точки 1 у точку 2, розміщену на відстані d від точки 1 (мал. 1). Електростатичне поле виконує роботу

.

Цю роботу можна виразити через різницю потенціалів у точках 1 і 2:

.

Прирівнявши вирази для роботи, визначимо модуль вектора напруженості поля:

Оскільки під час переміщення додатного заряду в напрямі вектора напруженості електростатичне поле виконує додатну роботу , то потенціал і більший за потенціал . Отже, напруженість електростатичного поля напрямлена в бік зменшення потенціалу.

З формули випливає, що одиницею напруженості є В/м.

5. Еквіпотенціальні поверхні

З курсу механіки відомо, що якщо напрямок переміщення перпендикулярний до напрямку сили, то робота цієї сили дорівнює нулю.

Якщо заряд переміщується під кутом 90° до силових ліній, то електричне поле не виконує роботи, оскільки сила перпендикулярна до переміщення. Отже, якщо провести поверхню, перпендикулярну в кожній точці до силових ліній, то при переміщенні заряду вздовж цієї поверхні робота не виконується.

А це означає, що всі точки поверхні, перпендикулярної до силових ліній, мають один і той самий потенціал. Поверхні однакового потенціалу називають еквіпотенці­альними.

Еквіпотенціальні поверхні однорідного поля являють собою площини (мал. 2), а поля точкового заряду — концентричні сфери (мал. 3).

Подібно до силових ліній еквіпотенціальні поверхні якісно характеризують розподіл поля в просторі. Вектор напруженості перпендикулярний до еквіпотенціальних поверхонь і напрямле­ний у бік зменшення потенціалу.

V. Закріплення нових знань.

Розв’язування задач:

Задача 1. Яку роботу здійснює поле в разі переміщення заряду 5 нКл із точки з потенціалом 300 В у точку з потенціалом 100 В? (В: 1 мкДж).

Задача 2. Напруженість однорідного електричного поля дорівнює 2 кВ/м. В ньому перемістили на 3 см в напрямі силової ліній заряд –30нКл. Визначити роботу поля, зміну потенціальної енергії взаємодії заряду з полем і різницю потенціалів між початковою і кінцевою точками переміщення.

Дано:

E=2·103В/м

d=3·10-2м

Q=-30·10-9 Кл

А-?

ΔW-?

12)-?

Розв’язування
За умовою заряд перемістили в напрямі силової лінії, отже:

Задача 2. Електрон перемістився в прискорюючому полі з точки, потенціал якої 200 В, у точку з потенціалом 300В. Визначити кінетичну енергію електрона, зміну потенціальної енергії взаємодії з полем і набуту швидкість. Вважати, що початкова швидкість електрона дорівнює нулеві.

Дано:

Розвязування

VІ. Підсумки уроку.

Бесіда «Що ми дізналися на уроці?»

Учні висловлюють свої думки щодо досягнення мети уроку, а вчитель оцінює їхню діяльність.

VII. Домашнє завдання

Опрацювати §3 за підручником «Фізика: підруч. для 11 кл. загальноосвіт. навч. закл.: (рівень стандарту) / В.Д. Сиротюк, В.І. Баштовий. – Харків: Сиция, 2011. – 304 с.»

Розв’язати задачі:

1. Різниця потенціалів між точками, які лежать на одній силовій лінії на відстані 3 см одна від одної, дорівнює 120 В. Знайти напруженість електростатичного поля, коли відомо, що поле однорідне. (В: 4000 В/м)

2 Яку роботу виконує поле під час переміщення заряду 20 нКл з точки, потенціал якої 700В, у точку з потенціалом 200В? (В: 10 мкДж)

4

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу.