Презентация "Электрическое поле. Подготовка к ЕГЭ" 11 класс

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ Подготовка к ЕГЭ Учитель: Попова И.А. МОУ СОШ № 30 Белово 2010 Цель: повторение основных понятий, законов и формул ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ в соответствии с кодификатором ЕГЭ. Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ 2010:

• Электризация тел
• Взаимодействие зарядов. Два вида заряда
• Закон сохранения электрического заряда
• Закон Кулона
• Действие электрического поля на электрические заряды
• Напряженность электрического поля
• Принцип суперпозиции электрических полей
• Потенциальность электростатического поля
• Потенциал электрического поля. Разность потенциалов
• Проводники в электрическом поле
• Диэлектрики в электрическом поле
• Электрическая емкость. Конденсатор
• Энергия электрического поля конденсатора

Электризация тел

• Электрический заряд (q или Q)– это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия

• По-гречески янтарь – это "электрон". Отсюда и произошло современное слово "электричество" и название наэлектризованные тела.
• Существует:
• электризации трением;
• электризация индукцией;
• Любые тела взаимодействуют с наэлектризованными телами и сами электризуются.

Трибоэлектрическая шкала.

При трении двух материалов тот из них, что расположен в ряду выше, заряжается положительно и тем сильнее, чем более разнесены материалы по шкале.

Электризация тел

• Носителями зарядов являются элементарные частицы
• Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному заряду e. e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл

• В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке (атомным номер).
• Электрический заряд тела – дискретная величина:

Взаимодействие зарядов. Два вида заряда

• Электрический заряд (q или Q)– это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия

• Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.
• Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому.
• Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.
• Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.
• Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием

Закон сохранения электрического заряда - один из фундаментальных законов природы

• В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:
• q1 + q2 + q3 + ... +qn = const
• (в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака)

Закон Кулона

• Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
• Закон Кулона: Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:
• Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона:
• Закон Кулона хорошо выполняется для точечных зарядов
• В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).
• Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:

где ε0 – электрическая постоянная

Закон Кулона

• Закон Кулона: Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:
• Кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции: Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

Действие электрического поля на электрические заряды

• Электрическое поле — особая форма поля, существующая вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде в электромагнитных волнах.
• Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться по его действию и с помощью приборов.
• Основным действием электрического поля является ускорение тел или частиц, обладающих электрическим зарядом.
• Электрическое поле можно рассматривать как математическую модель, описывающую значение величины напряженности электрического поля в данной точке пространства.
• Электрическое поле является одной из составляющих единого электромагнитного поля и проявлением электромагнитного взаимодействия.

Напряженность электрического поля

• Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика напряженность электрического поля.
• Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:

• Напряженность электрического поля – векторная физическая величина.
• Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Принцип суперпозиции электрических полей

• Принцип суперпозиции: напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:
• Для наглядного представления электрического поля используют силовые линии

• Силовые линии электрического поля

Силовые линии электрических полей Силовые линии кулоновских полей

Силовые линии поля

электрического диполя

Поле равномерно заряженной плоскости.

σ = Q/S – поверхностная плотность заряда.

S – замкнутая поверхность.

Потенциальность электростатического поля

• При перемещении пробного заряда q в электрическом поле электрические силы совершают работу.
• Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.
• Работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.

Работа электрических сил при малом перемещении заряда q Потенциальность электростатического поля

• При перемещении пробного заряда q в электрическом поле электрические силы совершают работу.
• Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.

Работа электрических сил при малом перемещении заряда q Потенциальность электростатического поля

• Силовые поля, работа сил которых при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю, называют потенциальными или консервативными.
• Потенциальная энергия заряда q, помещенного в любую точку (1) пространства, относительно фиксированной точки (0) равна работе A10, которую совершит электрическое поле при перемещении заряда q из точки (1) в точку (0):
• Wp1 = A10

Работа, совершаемая электрическим полем при перемещении точечного заряда q из точки (1) в точку (2), равна разности значений потенциальной энергии в этих точках и не зависит от пути перемещения заряда и от выбора точки (0).

A12 = A10 + A02 = A10 – A20 = Wp1 – Wp2

Потенциал электрического поля. Разность потенциалов

• Физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют потенциалом φ электрического поля:
• Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля.
• В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В): 1 В = 1 Дж / 1 Кл.

• Работа A12 по перемещению электрического заряда q из начальной точки (1) в конечную точку (2) равна произведению заряда на разность потенциалов (φ1 – φ2) начальной и конечной точек:
• A12 = q(φ1 – φ2)
• Потенциал поля в данной точке пространства равен работе, которую совершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

Потенциал электрического поля. Разность потенциалов

• Для наглядного представления электрического поля наряду с силовыми линиями используют эквипотенциальные поверхности.
• Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала.

• Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
• Эквипотенциальные поверхности (синие линии) и силовые линии (красные линии) простых электрических полей:
• точечного заряда;
• электрического диполя;
• двух равных положительных зарядов

Проводники в электрическом поле

• Основная особенность проводников – наличие свободных зарядов (электронов), которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему проводника.
• Типичные проводники – металлы.
• Электростатическая индукция - перераспределение свободных зарядов в проводнике, внесенном в электрическое поле, в результате чего на поверхности проводника возникают нескомпенсированные положительные и отрицательные заряды.
• Индукционные заряды создают свое собственное поле которое компенсирует внешнее поле во всем объеме проводника: (внутри проводника).
• Полное электростатическое поле внутри проводника равно нулю, а потенциалы во всех точках одинаковы и равны потенциалу на поверхности проводника.

Проводники в электрическом поле

• Все внутренние области проводника, внесенного в электрическое поле, остаются электронейтральными
• На этом основана электростатическая защита – чувствительные к электрическому полю приборы для исключения влияния поля помещают в металлические ящики

Так как поверхность проводника является эквипотенциальной, силовые линии у поверхности должны быть перпендикулярны к ней.

Диэлектрики в электрическом поле

• В диэлектриках (изоляторах) нет свободных электрических зарядов.
• Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.
• Связанные заряды создают электрическое поле которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности внешнего поля. Этот процесс называется поляризацией диэлектрика.
• Полное электрическое поле внутри диэлектрика оказывается по модулю меньше внешнего поля
• Физическая величина, равная отношению модуля напряженности внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности полного поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества.

Ориентационный механизм поляризации полярного диэлектрика.

Поляризация неполярного диэлектрика

Если в однородном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью ε находится точечный заряд Q, то напряженность поля создаваемого этим зарядом в некоторой точке, и потенциал φ в ε раз меньше, чем в вакууме:

Электрическая емкость. Конденсатор

• Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δφ между ними:
• В системе СИ единица электроемкости называется фарад (Ф):
• Конденсатором называется система двух проводников, разделенных слоем диэлектрика,
• а проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками

Электрическая емкость. Конденсатор

Поле плоского конденсатора

Электрическая емкость. Конденсатор

При последовательном соединении конденсаторов:

q1 = q2 = q

При параллельном соединении конденсаторов:

U1 = U2 = U

q1 = С1U и q2 = С2U

q = q1 + q2

U = U1 + U2

Энергия электрического поля конденсатора

• Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор.

Рассмотрим задачи: ЕГЭ 2001-2010 (Демо, КИМ) ГИА-9 2008-2010 (Демо) ГИА 2008 г. 9. К незаряженному проводнику АВ поднесли, не касаясь его, положительно заряженную стеклянную палочку (рис. 1). Затем, не убирая палочку, разделили проводник на две части (рис. 2). Какое утверждение о знаках зарядов частей А и В после разделения будет верным?

• Обе части будут иметь положительный заряд.
• Обе части будут иметь отрицательный заряд.
• Часть В будет иметь положительный заряд, часть А – отрицательный.
• Часть В будет иметь отрицательный заряд, часть А – положительный.

(ГИА 2009 г.) 9. На рисунке изображены одинаковые электрометры, соединенные стержнем. Из какого материала может быть сделан этот стержень? А. Медь. Б. Сталь.

• только А
• только Б
• и А, и Б
• ни А, ни Б

(ГИА 2010 г.) 9. Металлическая пластина, имевшая положительный заряд, по модулю равный 10 е, при освещении потеряла четыре электрона. Каким стал заряд пластины?

• 6 е
• – 6 е
• 14 е
• – 14 е

(ЕГЭ 2001 г.) А17. Электрический заряд сферы меняется со временем согласно графику на рисунке. Через какое время на сфере останется четверть первоначального заряда?

• 0,2 с
• 0,1 с
• 0,4 с
• 0,6 с

2001 г. А16. В таблице зафиксированы значения силы притяжения заряженных тел при разных расстояниях между ними. Какой вывод о связи силы и расстояния можно сделать по этой таблице?

r (см)	1	2	4	10
F (H)	10-8	2.3.10-9	0.6.10-9	10-10

• сила очень мала и ее можно не учитывать
• сила уменьшается с расстоянием
• зависимость не прослеживается
• при r больше 10 см сила обращается в 0

(ЕГЭ 2001 г., Демо) А17. Когда мы снимаем одежду, особенно изготовленную из синтетических материалов, мы слышим характерный треск. Какое явление объясняет этот треск?

• Электризация.
• Трение
• Нагревание.
• Электромагнитная индукция

(ЕГЭ 2001 г., Демо) 22. Два одноименных заряда по 10-8 Кл находились на расстоянии 310-2 м друг от друга. С какой силой они взаимодействуют? Притягиваются или отталкиваются заряды?

• Притягиваются с силой 310-5 Н.
• Притягиваются с силой 10-3 Н.
• Отталкиваются с силой 310-5 Н.
• Отталкиваются с силой 10-3 Н.

(ЕГЭ 2002 г., Демо) А15. При трении пластмассовой линейки о шерсть линейка заряжается отрицательно. Это объясняется тем, что

• ←
• →
• ↑
• ↓

(ЕГЭ 2002 г., Демо) А31. Плоский воздушный конденсатор зарядили и отключили от источника тока. Как изменится энергия электрического поля внутри конденсатора, если расстояние между пластинами конденсатора увеличить в 2 раза?

• увеличится в 2 раза
• уменьшится в 2 раза
• увеличится в 4 раза
• уменьшится в 4 раза

2002 г. А15 (КИМ). Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов, если расстояние между ними увеличить в 3 раза?

1. уменьшится в 9 раз

2. увеличится в 3 раза

3. уменьшится в 3 раза

4. увеличится в 9 раз

2002 г. А16 (КИМ). В однородном электростатическом поле перемещается положительный заряд из точки А в точку В по траекториям I, II, III. В каком случае работа сил электростатического поля больше?

• I
• II
• III
• работа сил электростатического поля по траекториям I, II, III одинакова

2002 г. А17 (КИМ). Как направлена кулоновская сила , действующая на положительный точечный заряд, помещенный в центр квадрата, в вершинах которого находятся заряды: +q, +q, –q, –q?

• →
• ↓
• ↑
• ←

(ЕГЭ 2003 г., КИМ) А15. Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов, если расстояние между ними увеличить в раз?

• увеличится в n раз
• уменьшится в n раз
• увеличится в n 2 раз
• уменьшится в n 2 раз

(ЕГЭ 2003 г., КИМ) А19. Изменится ли электроемкость конденсатора, если заряд на его обкладках увеличить в n раз?

• увеличится в n раз
• уменьшится n раз
• не изменится
• увеличится в n2 раз

(ЕГЭ 2004 г., демо) А11. Легкий незаряженный шарик из металлической фольги подвешен на тонкой шелковой нити. При поднесении к шарику стержня с положительным электрическим зарядом (без прикосновения) шарик

• притягивается к стержню
• отталкивается от стержня
• не испытывает ни притяжения, ни отталкивания
• на больших расстояниях притягивается к стержню, на малых расстояниях отталкивается

(ЕГЭ 2004 г., демо) А25. Плоский конденсатор зарядили и отключили от источника тока. Как изменится энергия электрического поля внутри конденсатора, если увеличить в 2 раза расстояние между обкладками конденсатора? Расстояние между обкладками конденсатора мало как до, так и после увеличения расстояния между ними

• уменьшится в 2 раза
• увеличится в 2 раза
• уменьшится в 4 раза
• увеличится в 4 раза

(ЕГЭ 2005 г., ДЕМО) А14. Какое утверждение о взаимодействии трех изображенных на рисунке заряженных частиц является правильным?

• 1 и 2 отталкиваются, 2 и 3 притягиваются, 1 и 3 отталкиваются
• 1 и 2 притягиваются, 2 и 3 отталкиваются, 1 и 3 отталкиваются
• 1 и 2 отталкиваются, 2 и 3 притягиваются, 1 и 3 притягиваются
• 1 и 2 притягиваются, 2 и 3 отталкиваются, 1 и 3 притягиваются

(ЕГЭ 2005 г., ДЕМО) А15. При исследовании зависимости заряда на обкладках конденсатора от приложенного напряжения был получен изображенный на рисунке график. Согласно этому графику, емкость конденсатора равна

• 2.10 –5 Ф
• 2.10 –9 Ф
• 2,5.10 –2 Ф
• 50 Ф

(ЕГЭ 2006 г., ДЕМО) А14. Два одинаковых легких шарика, заряды которых равны по модулю, подвешены на шелковых нитях. Заряд одного из шариков указан на рисунках. Какой(-ие) из рисунков соответствует(-ют) ситуации, когда заряд 2-го шарика отрицателен?

• А
• Б
• В и С
• А и В

(ЕГЭ 2006 г., ДЕМО) А15. -частица перемещается в однородном электростатическом поле из точки А в точку В по траекториям I, II, III (см. рисунок). Работа сил электростатического поля

• наибольшая на траектории I
•  наибольшая на траектории II
•  одинаковая только на траекториях I и III
•  одинаковая на траекториях I, II и III

(ЕГЭ 2007 г., ДЕМО) А16. Пылинка, имевшая отрицательный заряд –10 е, при освещении потеряла четыре электрона. Каким стал заряд пылинки?

• 6 е
• – 6 е
• 14 е
• – 14 е

(ЕГЭ 2007 г., ДЕМО) А17. К бесконечной горизонтальной отрицательно заряженной плоскости привязана невесомая нить с шариком, имеющим положительный заряд (см. рисунок). Каково условие равновесия шарика, если mg  –  модуль силы тяжести, Fэ – модуль силы электростатического взаимодействия шарика с пластиной, Т – модуль силы натяжения нити ?

• – mg – T + Fэ = 0
• mg + T + Fэ = 0
• mg – T + Fэ = 0
• mg – T – Fэ = 0

(ЕГЭ 2007 г., ДЕМО) А30. В лаборатории исследовалась зависимость напряжения на обкладках конденсатора от заряда этого конденсатора. Результаты измерений представлены в таблице Погрешности измерений величин   q   и   U   равнялись соответственно 0,05 мкКл и 0,25 кВ. Какой из графиков приведен правильно с учетом всех результатов измерения и погрешностей этих измерений? (ЕГЭ 2008 г., ДЕМО) А16. Как изменится сила электростатического взаимодействия двух электрических зарядов при перенесении их из вакуума в среду с диэлектрической проницаемостью 81, если расстояние между ними останется прежним?

• увеличится в 81 раз
• уменьшится в 81 раз
• увеличится в 9 раз
• уменьшится в 9 раз

(ЕГЭ 2008 г., ДЕМО) А17. На рисунке показано расположение двух неподвижных точечных электрических зарядов + 2q и – q.

• максимальное значение в точке А
• максимальное значение в точке В
• одинаковые значения в точках А и С
• одинаковые значения во всех трех точках

Модуль вектора напряженности электрического поля этих зарядов имеет

(ЕГЭ 2008 г., ДЕМО) В1. Плоский воздушный конденсатор отключили от источника тока, а затем увеличили расстояние между его пластинами. Что произойдет при этом с зарядом на обкладках конденсатора, электроемкостью конденсатора и напряжением на его обкладках? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ	ИХ ИЗМЕНЕНИЕ
А) Заряд конденсатора	1) увеличится
Б) Электроемкость	2) уменьшится
В) Напряжение на обкладках	3) не изменится

А	Б	В

3

2

1

(ЕГЭ 2009 г., ДЕМО) А13. Расстояние между двумя точечными электрическими зарядами уменьшили в 3 раза, а один из зарядов увеличили в 3 раза. Силы взаимодействия между ними

• не изменились
• уменьшились в 3 раза
• увеличились в 3 раза
• увеличились в 27 раз

(ЕГЭ 2010 г., ДЕМО) А13. Точечный положительный заряд q помещен между разноименно заряженными шариками (см. рисунок). Куда направлена равнодействующая кулоновских сил, действующих на заряд q?

• →
• ↓
• ↑
• ←

Используемая литература

• Берков, А.В. и др. Самое полное издание типовых вариантов реальных заданий ЕГЭ 2010, Физика [Текст]: учебное пособие для выпускников. ср. учеб. заведений / А.В. Берков, В.А. Грибов. – ООО "Издательство Астрель", 2009. – 160 с.
• Касьянов, В.А. Физика, 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / В.А. Касьянов. – ООО "Дрофа", 2004. – 116 с.
• МАЙЕР В.В. Электростатика: элементы учебной физики/ http://fiz.1september.ru/2007/17/01.htm
• Мякишев, Г.Я. и др. Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / учебник для общеобразовательных школ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев . –" Просвещение ", 2009. – 166 с.
• Открытая физика [текст, рисунки]/ http://www.physics.ru
• Подготовка к ЕГЭ /http://egephizika
• Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика //[Электронный ресурс]// http://fipi.ru/view/sections/92/docs/
• ФИЗИКА / http://www.ido.rudn.ru/nfpk/fizika/electro/1.html
• ФИЗИКА. РУ. / http://cit.vvsu.ru/MIRROR/www.fizika.ru/theory