Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 9 клас>> Фізика: Взаємодія заряджених тіл. Закон Кулона

Взаємодія заряджених тіл. Закон Кулона

Із § 1 ви довідалися, що заряджене тіло, наприклад наелектризована паличка, притягує незаряджені клаптики паперу. Якщо ви проводили відповідний експеримент, то, напевне, звернули увагу на те, що клаптики паперу «відчували» наближення палички заздалегідь, іще до того, як паличка їх торкалася. Тобто заряджена паличка діє на інші об'єкти на відстані! З'ясуємо, чому це відбувається.

Нам знадобляться натерта графітом маленька повітряна кулька, підвішена на нитці, ебонітова паличка, шматок вовняної тканини, аркуш паперу та пластина з оргскла.

Наелектризуємо ебонітову паличку, потерши її об вовну. Потім доторкнемося наелектризованою паличкою до підвішеної на нитці кульки. Кулько отримає негативний заряд. Потремо пластину з оргскла папером пластина набуде позитивного заряду. Почнемо повільно підносити
ка, почне відхилятися від вертикалі. Якщо ж зупинити зближування, то кулька так і залишиться неприродно відхиленою (рис. 2.1, а). Понад те, піднявши пластину над кулькою, ми можемо змусити останню завмерти н ще більш не природному для неї положенні (рис. 2.1, б).

Що ж відбувається? Чому кулька не повертається у початкове положення? Висновок очевидний: на кульку, крім сили тяжіння та сили натягу нитки, з боку наелектризованої пластини діє третя сила.

ЗАКОН КУЛОНА

Щоб завести механічний годинник, закручують пружину його механізму; щоб менше трясло в автомобілі, застосовують спеціальні пристрої — торсіони. «Стривайте,— скажете ви,— ми ж вивчаємо електрику, а пружини — це механіка». Не кваптеся робити висновки. Із цього параграфа ви дізнаєтеся, як вивчання пружних властивостей дроту допомогло встановити один із фундаментальних законів електростатики.

Вводимо поняття точкового заряду До кінця XVIII ст. електричні явища вивчалися тільки якісно. Наприклад, електричні машини в основному виконували роль іграшок для розваг аристократії. Перехід до кількісних характеристик, а потім і до практичного застосування електрики став можливим тільки після того, як французький дослідник ПІ. Кулон (див. рис. 1.5) у 1785 р. встановив закон взаємодії точкових зарядів. Після встановлення цього закону вчення про електрику перетворилося на точну науку.

До того як вивчати сам закон, слід розібратися з терміном «точковий заряд». Скористаємося аналогією з механікою, адже поняття «точковий заряд» подібне до поняття «матеріальна точка». Згадайте торішній курс фізики. Наприклад, потяг «Київ-Львів» можна розглядати як матеріальну точку, якщо будувати графік його руху на маршруті між двома містами. А от мураху не можна розглядати як матеріальну точку, якщо, припустимо, розв'язувати задачу про траєкторію руху її передньої лапки.

За аналогією з матеріальною точкою точковим зарядом назива ють заряджене тіло, розмірами якого можна знехтувати порівняно з відстанями від нього до інших заряджених тіл, що розглядаються.

Виходячи з цього визначення у досліді Р. Міллікена (див. п. З § 2) крапельку масла можна розглядати як точковий заряд, а от заряджені пластини — не можна.

Таким чином, точковий заряд, так само як матеріальна точка і точкове джерело світла, є не реальним об'єктом, а фізичною моделлю. Необхідність уведення такої моделі спричинена тим, що в загальному випадку взаємодія заряджених тіл залежить від багатьох чинників, отже, не існує єдиної простої формули, яка описує електричну взаємодію для будь-якого довільного випадку.

Знайомимося з будовою крутильних терезів

Військовий інженер  Кулон почав проводити свої дослідження в галузі, вельми далекій від електростатики. Він виявляв закономірності пружного крутіння ниток і встановив залежність сили пружності від кута закручування.
Дізнаємося, від чого залежить сила взаємодії двох точкових зарядів
У своїх дослідах Кулон спостерігав взаємодію заряджених кульок. Умови дослідів дозволяли вважати ці кульки точковими зарядами. Досліди вчений проводив так. У скляний циліндр на спеціальному тримачі було поміщено заряджену кульку С (рис. 4.1, б).

Обертаючи верхню кришку циліндра, дослідник домагався, щоб кульки А і С доторкнулись і частина заряду з кульки С перейшла на кульку А. Однойменні заряди відштовхуються, тому кульки розходились на деяку відстань. За кутом закручування дроту Кулон визначав силу взаємодії зарядів.

Потім, обертаючи верхню кришку циліндра, дослідник змінював відстань між кульками А і С та знову визначав силу їхньої взаємодії. Виявилося, що при зменшенні відстані у два, три, чотири рази сила взаємодії кульок збільшувалася відповідно в чотири, дев'ять і шістнадцять разів.

Провівши чимало подібних дослідів, Кулон зробив висновок, що сила Р взаємодії двох точкових зарядів обернено пропорційна квадрату відстані Е між ними:

А як залежить сила Р від значення самих зарядів? На той час не існувало методу для вимірювання заряду, і Кулон застосував такий прийом. Спочатку вчений вимірював силу взаємодії двох однакових кульок — А і С, кожна з яких мала певний заряд Потім на мить торкався однієї з цих кульок, наприклад, кульки С, кулькою 2) — такою самою, як кульки А і С, тільки незарядже-ною. Розміри кульок були однаковими, тому заряд розподілявся між кульками С і І)

Рис. 4.1. о — будова крутильних терезів. Прилад змонтований у скляному циліндрі (/). До верхньої кришки циліндра прикріплена трубка (2), усередині якої розташований пружний дріт (3), прикріплений до головки (4), що обертається. До нижнього кінця дроту підвішене коромисло (5), на кінцях якого розміщують досліджуваний об'єкт (кулька А) і противагу (8). Крізь отвір у кришці опускають кульку С. Кути закручування визначають за допомогою двох шкал із градусними поділками: перша (б) — на верхній кришці, що обертається, друга (7) — на бічній поверхні скляного циліндра;    б
б — крутильні терези під час досліду Кулона
порівну. Отже, на кульці С залишався заряд —. Після цього Кулон вимірював силу взаємодії зарядів.

Аналогічно роблячи й далі, учений переконався, що сила Р взаємодії двох точкових зарядів д,  пропорційна добутку цих зарядів.

Фізика, 9 клас Ф.Я.Божинова, М.М.Кірюхін, О.О.Кірюхіна

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.