Б) Объяснение закона Кулона

1785 г. французским физиком Шарлем Кулоном установлен закон взаимодействия точечных зарядов.

Точечными зарядами называют заряженные тела размеры которых, много меньше расстояния между ними.

Опыты Кулона

Проведя большое количество опытов (см. рис.1), Кулон установил, что в вакууме:

F ~ qq F ~ 1/R F ~ 1/R.

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

Кулоновская сила подчиняется III закону Ньютона: силы взаимодействия между зарядами равны по модулю и направлены противоположно друг другу вдоль прямой, соединяющей эти заряды. Кулоновские силы F — центральные силы.

Разноименные заряды притягиваются. Одноименные заряды отталкиваются.

Единица заряда — кулон (1 Кл). Это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А. Минимальный заряд, существующий в природе,— заряд электрона: q = - 1,6.10 Кл
Коэффициент пропорциональности k, выраженный из закона Кулона:

.

. Установлено, что если q = q = 1 Кл и R = 1 м, то в вакууме k = F = 9 * 10 Н. Т. е. k показывает, что два точечных заряда по 1 Кл каждый на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме взаимодействуют с силой 9 * 10 Н.

Диэлектрическая проницаемость среды

Диэлектрическая постоянная характеризует электрические свойства среды. Для любой среды > 1 и зависит от самой среды;

показывает, во сколько раз сила взаимодействия точечных заряженных тел в вакууме больше их сил взаимодействия в среде при прочих равных условиях.

Закон Кулона для среды:

В системе СИ коэффициент k выражают через электрическую постоянную Е

, следовательно


Закон Кулона для среды в СИ:


4.Разобрать алгоритм решения задач :

а) Расставить силы, действующие на точечный заряд, помещенный в электрическое поле, и записать для него уравнение равновесия или основное уравнение динамики материальной точки.

б) Выразить силы электрического взаимодействия через заряды и характеристики поля и подставить эти выражения в исходное уравнение.

Силы взаимодействия зарядов можно рассчитать или по закону Кулона, или по формуле F = qE, считая, что один из зарядов находится в поле другого. Второй способ сводится фактически к расчету электрического поля в той или иной точке пространства, где находится рассматриваемый заряд, им обычно пользуются в тех случаях, когда поля создаются протяженными заряженными телами. Используя последнюю формулу, следует иметь в виду, что она справедлива не только для точечного заряда, но и для заряженных протяженных тел.

в) Если при взаимодействии заряженных тел между ними происходит перераспределение зарядов, к составленному уравнению добавляют уравнение закона сохранения зарядов .

г) Далее, как обычно, надо записать вспомогательные формулы и полученную систему уравнений решить относительно неизвестной величины.

д) Проводя вычисления в задачах электростатики, полезно помнить, что множитель k = 1/(4 _о), входящий во многие расчетные формулы, равен k = 9 • 10 ⁹ Н× м²/Кл². Именно такое значение k. и нужно подставлять в эти формулы.
5.Закрепление новой темы – решение задач:

6.Тестирование /в двух вариантах/

ВАРИАНТ № 1

1. Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов при увеличении каждого заряда в 2 раза, если расстояние между ними увеличить в 2 раза?

А. Увеличится в 16 раз

Б. Не изменится

В. Уменьшится в 2 раза

Г. Увеличится в 2 раза

2. Как изменится сила электростатического взаимодействия двух точечных электрических зарядов при перенесении их из вакуума в среду с = 4?

А. Уменьшится в 4 раза

В. Не изменится

3. Какое направление имеет вектор кулоновской силы, действующей на положительный заряд, помещенный в точку А? (рис. 1)

рис. 1

4. Какой вид в СИ имеет формула закона Кулона для среды с диэлектрической проницаемостью ?

А. 1 Б. 2 В. 3 Г. 4

5. Два одинаковых металлических шара заряжены равными одноименными зарядами. Шарики привели в соприкосновение и раздвинули на прежнее расстояние. Во сколько раз изменилась сила взаимодействия?

А. Осталась прежней по величине и направлению

Б. Увеличилась в 2 раза

В. Уменьшилась в 2 раза

6. Два точечных электрических заряда взаимодействуют в воздухе на расстоянии 4 м с такой же силой, как в непроводящей жидкости на расстоянии 2 м. Определите диэлектрическую проницаемость непроводящей жидкости.

А. 2

В. 1/4

А. Гравитационного взаимодействия

Б. Силы равны

В. Электростатического взаимодействия

8. Вблизи металлического шара поместили положительный точечный заряд. При этом оказалось, что электрическая сила, действующая на заряд, равна нулю. Найдите знак заряда шара.

A. q>0

В. q<0