Проводники и диэлектрики в электростатическом поле - ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Цель: рассмотреть свойства проводников и диэлектриков в электростатическом поле.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания

1. На какие группы по уровню подвижности электрических зарядов делятся все вещества?

2. Чем определяется эта подвижность заряженных частиц в среде?

3. Какие заряды называют свободными?

4. Какие вещества называют проводниками?

5. Какие вещества называют диэлектриками?

6. Какие вещества называют полупроводниками?

II. Изучение нового материала

Эксперимент 1

Наэлектризуем эбонитовую палочку и поднесем к одному концу трубы, которая может вращаться. Труба повернется, притягиваясь к заряженной палочке. Почему?

На том конце трубы, который расположен ближе к эбонитовой палочке, появится электрический заряд, противоположный по знаку заряду палочки.

Если на одной части трубы появится под действие электрического поля заряженной палочки положительный заряд, то на другой части должен появится равный по модулю отрицательный электрический заряд. Проверим.

Эксперимент 2

Поместите в электрическое поле соединенных одинаковых металлических диска, и разведите их на некоторое расстояние. Затем каждый диск вынесете из поля и поочередно соедините со стержнем электрометра. При соприкосновении первого диска стрелка отклонится, после соприкосновения второго вернется обратно к нулю.

Таким образом, две части металлического тела, разделенного в электрическом поле. Приобрели равные по модулю и разные по знаку заряды.

Эксперимент 3

Поднесли к стержню электрометра заряженное тело. Стрелка отклонится. (Электрическое поле вызывает разделение зарядов в стержне.) Накроем стержень полым металлическим шаром и вновь поднесем заряженное тело. Стрелка не отклоняется.

Вывод: Электрическое поле внутри полого проводящего шара отсутствует.

Это свойство используется при электростатической защите, когда проводящие оболочки защищают измерительные приборы от воздействия электростатических полей.

В электрическом поле поверхность проводящего тела любой формы является эквипотенциальной. Все точки внутри проводника имеют одинаковый потенциал, равный потенциалу на его поверхности.

Диэлектрики

К диэлектрикам относится эбонит, слюда, фарфор.

Эксперимент 4

Соедините заряженный и незаряженный электрометры с помощью стеклянной трубки. Заряды не проходят.

Эксперимент 5

Установите деревянную линейку на подставку, которая обеспечит ее свободное вращение вокруг вертикальной оси. Выполним такой же опыт, как и с металлической трубкой и заряженной палочкой. Что видим?

Незаряженные диэлектрики притягиваются к заряженным телам.

Эксперимент 6

Проделаем аналогичный эксперимент по разделению диэлектрика в электрическом поле.

Возьмем два деревянных диска, соединим их, затем разъединим в электрическом поле и поочередно коснемся электроскопа. Что обнаружим?

Обе части нейтральные. В электрическом поле происходит поляризация диэлектриков, т. е. смещение в противоположные стороны разноименных зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества. На поверхности диэлектрика возникают связанные заряды, неспособные свободно перемещаться по диэлектрику.

Вектор электрического поля, создаваемого связанными зарядами на поверхности, направлен внутри диэлектрика противоположно вектору внешнего электрического поля.

Е = Е₀ – Е_n

е = Е₀/Е - диэлектрическая проницаемость среды.

III. Повторение изученного

1. В чем заключается явление электризации проводников в электрическом поле?

2. Почему напряженность электрического поля внутри проводника равна нулю?

3. Какой опыт доказывает отсутствие электрического поля внутри проводника?

4. Каков механизм поляризации диэлектрика?

5. Что называется диэлектрической проницаемостью?

IV. Решение задач

1. Шарик массой 0,1 г перемещается в электрическом поле из точки А, потенциал которой равен 1000 В, в точку В, потенциал равен нулю. Определите скорость шарика в точке А, если в точке В его скорость 20 м/с. Заряд шарика 10^-5 Кл. (Ответ: 14,1 м/с.)

2. Протон влетает в плоский горизонтальный конденсатор параллельно его пластинам со скоростью 120 км/с. Напряженность поля внутри конденсатора 30 В/см, длина пластин 10 см. С какой скоростью протон вылетает из конденсатора? m_р = 1,76 · 10^-27 кг; q = 1,6 · 10^-19 Кл. (Ответ: 270 км/с.)

3. Капелька масла радиусом 1 мкм, несущая в себе заряд двадцати электронов, находится в равновесии в поле горизонтально расположенного конденсатора, когда к нему приложено напряжение 82 В. Расстояние между пластинками d = 8 мм. Чему равен заряд электрона. Плотность масла 800 кг/м³. (Ответ: 1,63 · 10^-19 Кл.)

4. Электрон с некоторой скоростью влетает в плоский конденсатор параллельно пластинам на равном расстоянии от них. К пластинам конденсатора приложено напряжение 300 В. Расстояние между пластинами d = 2 см. Длина конденсатора L = 10 см. Какова должна быть предельная скорость, чтобы электрон не вылетел из конденсатора? m₁ = 9,1 · 10^-31 кг; q₁ = 1,6 · 10^-19 Кл. (Ответ: 3,63 · 10⁷ м/с.)

Домашнее задание

П. 95 и п. 96.