Урок - лекция на тему: Потенциальная энергия заряженного тела в электростатическом поле.
презентация к уроку по физике (10 класс) на тему

Урок - лекция на тему: Потенциальная энергия заряженного тела в электростатическом поле.

Цель урока:

1. обучающие:  углубить знания учащихся по электростатике.
2. развивающие: умение логически мыслить, обобщать, делать выводы, умение выделять главное, развивать теоретическое мышление.
3. воспитательные: воспитывать интерес к трудовой деятельности, сплоченность коллектива, воспитывать стремление к познавательной деятельности, умения слушать выступления.

Оборудование: проектор, компьютер.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Постановка цели урока.

Вступительное слово учителя.

Ребята, мы с вами изучаем тему “Электростатика”. Сегодня я вам прочитаю лекцию по теме: «Потенциальная энергия заряженного тела в электростатическом поле».

3. Проверка домашнего задания.

Самостоятельная работа.

  Вариант 1.

1. Изобразите  + и - .

2. Что называется напряженностью электрического поля?

3)     В каких единицах измеряется напряженность электрического поля?

4)     В чем заключается принцип суперпозиции электрического полей?

5)     Для чего вводятся силовые линии электрического поля?

Вариант 2.

1. Изобразите = и -.
2. Что называют электрическим полем?
3. Чем создается электрическое поле?
4. Что называется напряженностью электрического поля?
5. Как направлен вектор напряженности в поле положительного заряда, в поле отрицательного заряда?

4. Новая тема.

  Заряженные тела притягивают или отталкивают друг друга. При перемещении заряженных тел, например листочков электроскопа, действующие на них силы совершают работу. Из механики известно, что система, способная совершить работу благодаря взаимодействию тел друг с другом, обладает потенциальной энергией. Значит, система заряженных тел обладает потенциальной энергией, называемой электростатической или электрической.

   Понятие потенциальной энергии самое сложное в электростатике. Вспомните, как нелегко было представить себе, что такое потенциальная энергия в механике. Силу мы ощущаем непосредственно, а потенциальную энергию нет. На пятом этаже дома потенциальная энергия нашего тела больше, чем на первом. Но мы это никак не воспринимаем. Различие становится понятным, если вспомнить, что при подъеме вверх пришлось совершить работу, а так же если представить себе, что произойдет при падении с пятого этажа.

   Энергия взаимодействия электронов с ядром в атоме и энергия взаимодействия атомов друг с другом в молекулах (химическая энергия) - это в основном электрическая энергия.
   С точки зрения теории близкодействия на заряд непосредственно действует электрическое поле, созданное другим зарядом. При перемещении заряда действующая на него со стороны поля сила совершает работу. (В дальнейшем для краткости будем говорить просто о работе поля.) Поэтому можно утверждать, что заряженное тело в электрическом поле обладает энергией. Найдем потенциальную энергию заряда в однородном  электрическом поле.

 Работа при перемещении заряда в однородном электростатическом поле. Однородное поле создают, например, большие параллельные металлические пластины, имеющие заряды противоположного знака. Это поле действует на заряд q с постоянной силой , подобно тому как Земля действует с постоянной силой на камень вблизи ее поверхности.
   Пусть пластины расположены вертикально (рис.14.26), левая пластина B заряжена отрицательно, а правая D - положительно. Вычислим работу, совершаемую полем при перемещении положительного заряда q из точки 1, находящейся на расстоянии d1 от левой пластины, в точку 2, расположенную на расстоянии d2 от нее. Точки 1 и 2 лежат на одной силовой линии.

  Электрическое поле при перемещении заряда совершит положительную работу

   Эта работа не зависит от формы траектории, подобно тому, как не зависит от формы траектории работа силы тяжести.  Докажем это непосредственным расчетом.

   Пусть перемещение заряда происходит по кривой (рис.14.27). Разобьем эту кривую на малые перемещения. Сила, действующая на заряд, остается постоянной (поле однородно), а угол между направлением силы и перемещения будет изменяться. Работа на малом перемещении равна . Очевидно, что - проекция малого перемещения на горизонтальное направление. Суммируя работы на малых перемещениях, получим .

   Потенциальная энергия. Поскольку работа электростатической силы не зависит от формы траектории точки ее приложения, эта сила является консервативной, и ее работа согласно формуле (6.23) равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:

   Сравнивая полученное выражение (14.12) с общим определением потенциальной энергии (14.13), видим, что потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле равна:

(Считаем, что в точке 2 потенциальная энергия равна нулю.)

   Формула (14.14) подобна формуле для потенциальной энергии тела. Но заряд q в отличие от массы может быть как положительным, так и отрицательным.
   Если поле совершает положительную работу, то потенциальная энергия заряженного тела в поле уменьшается: . Одновременно согласно закону сохранения энергии растет его кинетическая энергия. И наоборот, если работа отрицательна (например, при движении положительно заряженной частицы в направлении, противоположном направлению вектора напряженности поля ; это движение подобно движению камня, брошенного вверх), то . Потенциальная энергия растет, а кинетическая энергия уменьшается; частица тормозится.

   На замкнутой траектории, когда заряд возвращается в начальную точку, работа поля равна нулю:

   Заряженные частицы в электростатическом поле обладают потенциальной энергией. При перемещении частицы из одной точки поля в другую электрическое поле совершает работу, не зависящую от формы траектории. Эта работа равна изменению потенциальной энергии, взятой со знаком «-».

Домашнее задание: изучить § 98.