Физика, полный курс для 10 класса

Урок по теме: "Электростатика. Закон Кулона"

— Ребята, сегодня мы поговорим об удивительном явлении — электричестве. Но не о том, что бежит по проводам, а о статическом, то есть о неподвижных зарядах. Начнём с самого понятия электрического заряда.

Вы наверняка замечали, как после расчёсывания волос пластиковой расчёской они начинают «прилипать» к ней? Или как иногда, снимая свитер, слышишь лёгкое потрескивание и даже видишь маленькие искорки? Это и есть проявление статического электричества — перемещение зарядов между телами.

Электрический заряд — это физическая величина, которая показывает, насколько тело способно участвовать в электрическом взаимодействии. Он бывает двух видов:

• положительный (как у протонов),

• отрицательный (как у электронов).

Закон взаимодействия зарядов прост:

• Одноимённые заряды отталкиваются (два «плюса» или два «минуса»).

• Разноимённые — притягиваются («плюс» и «минус»).

А ещё заряд никогда не исчезает бесследно — это закон сохранения заряда. Если потереть воздушный шарик о волосы, электроны с волос перейдут на шарик, и он станет отрицательно заряженным, а волосы — положительно. Но общий заряд системы (шарик + волосы) останется нулевым, просто он перераспределился.

Закон Кулона

— Теперь давайте разберёмся, как именно взаимодействуют заряды. Французский физик Шарль Кулон установил, что сила притяжения или отталкивания между двумя зарядами зависит от двух вещей:

1. От величины самих зарядов.

2. От расстояния между ними.

Формула закона Кулона:

$$F=k\cdot \frac{\mathrm{\mid }{q}_1\cdot q_2\mathrm{\mid }}{r^2}$$

где:

• $F$ — сила (в ньютонах),

• $q_1$ и $q_2$ — заряды (в кулонах),

• $r$ — расстояние между ними (в метрах),

• k — постоянная величина.

Пример из жизни:
Представьте, что у вас есть два воздушных шарика, натёртых о шерсть. Они оба заряжены отрицательно. Если поднести их близко друг к другу, то почувствуете, как они отталкиваются. А если один шарик заряжен отрицательно, а другой — положительно (например, поднесёте его к экрану телевизора, где есть статический заряд), то они притянутся.

Электрическое поле и напряжённость

— Но как же заряды «чувствуют» друг друга, даже не соприкасаясь? Дело в том, что вокруг любого заряда существует электрическое поле — невидимая область, в которой действуют электрические силы.

Напряжённость поля ($\vec{E}$) показывает, насколько сильно поле действует на заряд. Рассчитывается она так:

$$E=\frac{F}{q}\text{или}E=k\cdot \frac{\mathrm{\mid }Q\mathrm{\mid }}{r^2}$$

(где $Q$ — заряд, создающий поле, а $r$ — расстояние до него).

Пример:
Если взять заряженный шарик и поднести к нему маленький кусочек бумаги, то бумага начнёт притягиваться. Это происходит потому, что поле шарика действует на заряды в бумаге.

Силовые линии поля помогают визуализировать его:

• У положительного заряда они выходят наружу (как лучи солнца).

• У отрицательного — входят внутрь (кае воронка).

Заключение

— Итак, сегодня мы узнали, что:

1. Электрический заряд бывает двух видов, и он сохраняется.

2. Закон Кулона описывает силу взаимодействия зарядов.

3. Электрическое поле существует вокруг зарядов и характеризуется напряжённостью.

Подумайте:

• Почему в сухую погоду статическое электричество проявляется сильнее?

• Что произойдёт с силой взаимодействия, если расстояние между зарядами увеличить в 3 раза?

На следующем уроке мы разберём задачи на эту тему. А сейчас — до свидания, ребята!