close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Презентация

код для вставкиСкачать
ФИЗИКА ч.2
Электричество и магнетизм
Преподаватель:
Тупицкая Наталья Анатольевна –
доцент, кандидат физико-математических наук
• Телефон кафедры: 8-812-647-74-86
Основная литература
• Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.:
Высш. шк., 2002.
• Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высш. шк., 2003.
• Трофимова Т.И. и Павлова З.Г. «Сборник задач по
курсу физики с решениями». – М.: Высш. шк., 1999
Дополнительная литература
• Савельев И.В. Курс общей физики. Том 2 – М.Наука,
1989
• Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. –
М.: Интеграл-Пресс, 1997
• Задания на контрольные работы № 3 «Электричество
и магнетизм». Методические указания к выполнению
контрольных работ – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2007.
• Цаплев В.М., Лиходаева Е.А., Орехова И.Г. Курс
физики. Электричество и магнетизм.: Учебное
пособие. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2006.
• Объем учебной работы по текущему третьему
семестру (по 2-ому разделу):
- лекционный материал - 16 ч.;
- практические занятия – 8 ч.;
- лабораторные работы – 12 ч.
• Результатами самостоятельной работы
студентов является:
- представление отчетов по выполненным
лабораторным работам;
- решение контрольной работы.
• Форма отчетности – экзамен.
Повторение
Виды фундаментального взаимодействия:
- гравитационное взаимодействие;
- электромагнитное взаимодействие;
- сильное взаимодействие;
- слабое взаимодействие.
Закон всемирного тяготения

m1  m 2 
F12  
e 12
2
r12
Электромагнетизм
Лекция 1. Электростатика
Основные темы лекции
1. Электрическое поле в вакууме
1.1. Закон сохранения электрического заряда
1.2. Закон Кулона
1.3. Напряженность и потенциал электростатического
поля.. Циркуляция вектора Е.
1.4. Поток вектора напряженности электрического
поля. Теорема Гаусса.
1. Электрическое поле в вакууме
1.1. Закон сохранения электрического заряда
Заряд – неотъемлемое свойство элементарных
частиц.
Элементарный заряд (е) – 1,6·10-19 Кл q   Ne
N – целое число: 1,2,3…
Электрически изолированной системой называется
система тел, которая не обменивается электрическими зарядами со внешними телами
Закон сохранения:
Суммарный заряд электрически изолированной
системы не меняется со временем.
1.2. Закон Кулона. (1785 г)
Шарль Огюстен Кулон (1736-1806)
Точечным зарядом называется заряженное тело,
размерами которого можно пренебречь по сравнению
с расстояниями до других заряженных тел.
Сила взаимодействия двух точечных
электрических зарядов прямо пропорциональна
произведению этих зарядов, обратно
пропорциональна квадрату расстояния между ними
и направлена вдоль соединяющей их прямой.

q1  q 2 
F  k
 e12
2
r
(1.1)
k  9  10 Н  м
9
2
Кл
2
Единицы системы СИ:
заряд – 1 Кл (Кулон)
k 
1
4  0
(1.2)
 0  8 ,85  10
 12
Ф м - универсальная
электрическая постоянная
Задание 1.
Как изменится сила взаимодействия двух
точечных зарядов, если величину одного
из зарядов и расстояние между ними
увеличить в два раза.
Варианты ответов.
а) сила не изменится;
б) сила увеличится в два раза;
в) сила уменьшится в два раза.
Задача 1.1
Четыре одинаковых точечных заряда 20 нКл закреплены в вершинах квадрата со стороной 10 см. Найти
силу, действующую на один из этих зарядов со стороны трех остальных.
Дано:
q = 20 нКл =
= 2·10-8 Кл
а = 10 см = 0,1 м
F-?
F  k
q1  q 2
r
F 2  F3  k 

F2
F 23 
2
q
a
2
2

F3
F1  k 
q
2
a 2 
2
k
q
2a

F 23

F1
2  F2  k 
2 q
a
2
2
2
F  F1  F23
2
F  k
q
2
2a
k 
2
k
1
4  0
2 q
a
2
2
2
q 1
 k 2 
a 2
9
 9  10 Н  м
2
Кл

2

2
Подставим числовые значения:
9  10 Н  м
9
F 
2
Кл  2  10
2
0 ,1 м 
2
8
Кл   1, 9
2
 6 ,8  10
4
Н
1.3. Напряженность и потенциал электростатического
поля. Циркуляция вектора Е.
Повторение:
Поле – область пространства, в каждой точке
которого действуют силы по определенному закону
Электростатическое поле возникает вокруг
неподвижных электрических зарядов.
Основная силовая характеристика электростатического поля – его напряженность.
Напряженность электрического поля E – это
физическая величина, равная отношению силы F,
действующей со стороны поля на неподвижный
точечный пробный электрический заряд, помещенный в рассматриваемую точку поля, к величине этого
заряда q0.

E 

F
(1.3)
q0
Единицы системы СИ:
Напряженность эл. поля – 1 В/м
Напряженность поля точечного заряда:

Ei 
1

qi
4  0 r
2

 er
(1.4)

er 

r
r
Принцип суперпозиции:
Напряженность электрического поля системы
зарядов равна сумме напряженностей полей каждого
из этих зарядов в отдельности.


E   Ei
(1.5)
Силовыми линиями электрического поля называются линии, проведенные в поле так, что касательные к ним в каждой точке совпадают по направлению с вектором напряженности электрического поля.
Если напряженность электрического поля во всех
точках одинакова, то такое поле называется
однородным.
Задание 2
Дано графическое изображение электростатического
поля отрицательного заряда. Нарисуйте вектор
напряженности этого поля в заданной точке С.
Т.С
Ответ к заданию 2

Eс
т.С
Распределение зарядов.
dq

dq
dl
dl
 Кл 
 м 


 - линейная плотность заряда
dq
dS
 
dq
dS
 Кл 
 м2 


dq
dV
 
dq
dV
 Кл 
 м3 


Задача 1.2
Найти напряженность электрического поля тонкого
стержня длиной 20 см, заряженного с линейной
плотностью заряда 400 нКл/см, в точке, расположенной
на оси стержня на расстоянии 20 см от его конца.
Дано:
τ = 400 нКл/см = 4·10-5 Кл/м
a = l = 20 см = 0,2 м
Е-?

dq
dl
dq    dx
dE  k 
dq
r
 k
2
x
al
E 
 dE

  dx

k
  dx
x
a
2
2
2a
 k 
a
dx
x
2
2a
1
k
 1
 1
E  k    k 
 
 xa
 2a a  2a
9  10
E 
9
Н м
2
2
 4  10
Кл
2  0,2 м
5
Кл
м  9  10 5 Н  9  10 5 В
Кл
м
Повторение.
Поле называется потенциальным, если работа силы
не зависит от формы пути или работа силы на
произвольной замкнутой траектории равна нулю.
Электростатическое поле потенциально!
Найдем работу по перемещению заряда q0 в
электростатическом поле по замкнутой траектории.
 
Ai   Fi d l 
L 
r0
 
 q0 Ei dl  q0 
L 
r0
qi  
qi q0
1
 2 er d l 
4 0 r
4 0
r0
dr
r
r0
2
0
Циркуляция вектора напряженности
электростатического поля вдоль произвольного
замкнутого контура равна нулю.
 
E
d
l

0

(1.6)
L 
Работа в потенциальном поле совершается за счет
убыли потенциальной энергии.
dA   dW П
Энергетической характеристикой электростатического
(кулоновского) является потенциал.
Потенциалом электростатического поля называется
физическая величина, равная отношению потенциальной энергии пробного точечного электрического
заряда, помещенного в данную точку поля, к величине этого заряда q0.
  WП q0
(1.7)
Для точечного заряда:
W П i    dA  
qi  q0
4  0
dr
r
2

qi  q0
4  0 r
C
φ = 0 при r → ∞, следовательно С = 0.
i 
1
4  0

qi
r
(1.8)
Потенциал –величина скалярная
Потенциал поля системы точечных зарядов:


i
(1.9)
i
Единицы системы СИ:
Потенциал – 1 В
1 Вольт – это потенциал такой точки поля, в которой
заряд в 1 Кл обладает потенциальной энергией 1 Дж.
Работа сил поля по перемещению точечного заряда:
A1  2  W П1  W П2  q   1   2 
(1.10)
Связь напряженности и потенциала:


F  qE
W П  q

F   gradW

       
E   grad    
i 
j
k 
y
z 
 x
(1.11)
П
Для полей со сферической и
цилиндрической симметрией:
Для однородного поля:
E 
E 

r
1   2
d
Поверхность, все точки которой имеют одинаковый
потенциал, называется эквипотенциальной
поверхностью.
1.2. Поток вектора напряженности электрического
поля.
Элементарным потоком вектора
напряженности
электрического
поля
через
малый
элемент
поверхности называется величина


dN  E  d S
(1.12)
dN  E  dS  cos   E n  dS  E  dS 
N 



E  dS
(1.13)
S 
Единицы системы СИ:
Поток вектора Е – 1 В·м
Геометрический смысл потока:
Геометрический смысл потока вектора напряженности
через некоторую поверхность: поток равен числу
силовых линий, пронизывающих эту поверхность
S1
S2
1.6. Теорема Гаусса.
Найдем поток вектора Е сквозь произвольную
замкнутую поверхность.
q1, q2, … qn. - система точечных зарядов


N   E  dS 
S 
  

  i E i   d S 
S 

i


 Ei  dS 
S 
n
N
i
i
1. Заряд qi находится внутри поверхности S.
N 1  E 1  S СФ1 
N 2  E 2  S СФ2 
Ni 
1

qi
2
4  0 r1
1

qi
2
2
4  0 r
qi
0
2
 4  r1 
2
2
 4 r 
qi
0
qi
0
2. Заряд qi находится вне поверхности S.
Ni  0
3. Поток вектора E поля системы зарядов.
k
n
N 

i 1
k
Ni 

j 1
qj
0
q

j 1
0
j
k
q
j 1
j
 q охв
Теорема Гаусса:
 q

охв
E

d
S


0
S 
(1.14)
Поток вектора напряженности электростатического
поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен отношению алгебраической суммы
электрических зарядов, охваченных этой поверхностью, к электрической постоянной ε0.
Задача 1.3
Бесконечная плоскость, равномерно заряженная с
поверхностной
плотностью
заряда
5нКл/см2,
пересекает сферу по диаметру. Найти поток
вектора
напряженности
через
сферическую
поверхность, если диаметр сферы 4 см.
Дано:
σ = 5 нКл/см2 =
= 5·10-5 Кл/м2
d = 4 см = 4·10-2 м
N -?
 q

N   E  d S  охв
0
S 

N 
q охв
0

dq
q охв    S   
dS
 d
4 0
2

5  10
5
2
Кл м  3,14  16  10
4  8,85  10
12
Ф м
4
d
2
4
м
2
3
 7,1  10 В  м
Пример 1. Поле заряда q, равномерно
распределенного по поверхности сферы
радиуса R.
Внутри сферы (при r < R) поле равно 0.
 q

0
охв
 E  dS      0
0
0
S 


E 0


q
 E  dS  
0
S 
При r ≥ R

S 


E  dS 
 E  dS
S 
 E
 dS
S 
 E  S СФ  E  4  r
2
2
E  4 r 
d
dr
q
0
E 

r
  Er

1
  

q
4  0

q
4  0 r

dr
r
2

2
q
4  0 r
(1.15)
(1.16)
Пример 2. Поле заряда, равномерно распределенного по бесконечной плоскости с поверхностной
плотностью σ.

E



E  dS 
S 
02

dq
dS


E  dS  2
 S БОК 
 E  dS
 S ТОР 
 2 E  S ТОР
 S ТОР 
q охв    S ТОР
2 E  S ТОР 



E  dS 
  S ТОР
0
E 
  

(1.17)
2 0

2 0
 x
(1.18)
Документ
Категория
Презентации по физике
Просмотров
18
Размер файла
834 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа