Тема: Діелектрики в електростатичному полі. Поляризація діелектриків.
Мета: навчити учнів основним поняттям про діелектрики та їх будову; про види діелектриків та їх поляризацію. Ввести нову фізичну величину – діелектричну проникливість. Розвивати уміння учнів застосовувати набуті знання при розв”язуванні задач.
Тип уроку: комбінований.
Метод: опитування, лекція, робота з візуальним опорним конспектом, розв”язування задач.
Обладнання: Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев Фізика: підруч. для 10 кл.; С.У. Гончаренко Фізика: 10 кл.; візуальний опорний конспект; кодоскоп; А.П. Римкевич, П.А. Римкевич Збірник задач з фізики.
ХІД УРОКУ:
І. Актуалізація опорних знань учнів.
Питання до учнів: 1. В чому суть явища електростатичної індукції?
2. Чому дорівнює напруженість електростатичного поля всередині провідника? 3. В чому суть електростатичного захисту? 4. Чому дорівнює електричний заряд всередині провідника?
ІІ. Оголосити тему, мету та завдання уроку.
ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.
Вивчення даної теми повинно поглибити поняття електричного поля в середовищі; продовжити формування наукових знань про будову речовини; розвинути вміння учнів порівнювати, знаходити спільне й окреме у фізичних явищах.
IV. Первинне сприймання та усвідомлення нового матеріалу.
План:
Електричні властивості нейтральних атомів і молекул. Види діелектриків.
Поляризація діелектриків.
Діелектрична проникливість.
V. Узагальнення та систематизація знань.
Використовуючи візуальний опорний конспект, повторити основні поняття розглянуті на уроці та розв”язати задачі.
VІ. Підсумок уроку та завдання додому.
Підсумок уроку.
Оцінити роботу учнів на уроці.
Завдання додому: § 43, 44 (по стар. підр. § 46, 47), № 722 (Р).
Діелектрики в електростатичному полі. Поляризація діелектриків.
План:
Електричні властивості нейтральних атомів і молекул. Види діелектриків.
Поляризація діелектриків.
Діелектрична проникливість.
1. Діелектрик або ізолятор складається з нейтральних атомів або молекул. Електрони і ядра в нейтральному атомі зв”язані між собою і не можуть переміщатися під дією поля по всьому об”єму тіла, як вільні заряди провідника. Всередині діелектрика може існувати електричне поле.
EMBED PBrush
Розглянемо атом водню. Додатній заряд зосереджений в центрі атома. Електрон рухається навколо ядра з великою швидкістю: один оберт за 10 –15 с. Це дає підставу вважати, що центр розподілу від”ємного заряду припадає на середину атома, тобто збігається з додатньо зарядженим ядром.
Тепер розглянемо молекулу кухонної солі NaCl. Атом Na має один валентний електрон, слабо зв”язаний з атомом, а Cl – сім валентних електронів. Під час утворення молекули Cl захоплює валентний електрон Na. Обидва нейтральні атоми перетворились на систему з двох іонів протилежних знаків.
EMBED PBrush
Центр розподілу додатнього заряду припадає на іон натрію, а від”ємного на іон хлора, тобто утворюється електричний диполь (твердий).
Електричним диполем наз. нейтральну в цілому систему двох однакових за модулем і протилежних за знаком точкових зарядів, що перебувають на де-якій відстані один від одного.
Отже, діелектрики можна поділити на такі види:
Неполярні – що складаються з атомів або молекул, у яких центри розподілу додатніх і від”ємних зарядів збігаються (інертні гази, кисень, водень).
Полярні – що складаються з молекул, у яких центри розподілу додатніх і від”ємних зарядів не збігаються (спирт, вода, сіль,…).
2. Поляризацією діелектрика називають зміщення додатніх і від”ємних зв”язаних зарядів діелектрика в протилежні боки під EMBED PBrush
дією електричного поля.
В полярному діелектрику тепловий рух зумовлює хаотичну орієнтацію електричних диполів. На поверхні і в об”ємі діелектрика електричний заряд рівний нулю. І напруженість електричного поля рівна нулю.
Помістимо діелектрик в однорідне електричне поле (між двома металевими пластинами). З боку електричного поля на диполь буде діяти сила, яка прагне розвернути диполь вздовж силових ліній поля.
Біля додатньої пластини на поверхні діелектрика виникають від”ємні заряди диполів, а біля від”ємної – додатні. Тому на поверхні діелектрика виникає зв”язаний заряд. В об”ємі зв”язаний заряд рівний нулю.
В неполярному діелектрику під дією поля молекули деформуються і їх можна розглядати як пружні електричні диполі.
Отже, діелектрик, вміщений в електричне поле, поляризується.
Електричне поле поляризаційних зарядів завжди спрямоване назустріч зовнішньому полю, тому зовнішнє поле всередині діелектрика послаблюється (але не компенсується повністю, як у провідниках), а поблизу діелектрика поле спотворюється.
EMBED PBrush
3. Зв”язаний заряд створює в діелектрику електричне поле Е1, що спрямоване проти напруженості зовнішнього поля зарядів на пластинах Е0. Через це поле всередині діелектрика послаблюється. Напруженість результуючого поля становить:
Е = Е0 – Е1.
Для характеристики електричних властивостей діелектрика вводять фізичну величину – діелектричну проникливість.
Діелектрична проникливість середовища – це фізична величина, що показує, у скільки разів модуль напруженості електричного поля Е всередині діелектрика менший за модуль напруженості поля Е0 у вакуумі:
EMBED Equation.3
Напруженість електричного поля точкового заряду або зарядженої кулі, які вміщені в однорідний діелектрик:
EMBED Equation.3
Закон Кулона для зарядів в однорідному діелектрику:
EMBED Equation.3
Розв”язування задач.
№721(Р).
Дано:
Е0=75кВ/м EMBED Equation.3 ; Е1=Е0/?
Е1 - ? ?масла=2,5
Е2 - ? Е1=75000 В/м : 2,5=30 кВ/м
Е2=0 В/м
№722(Р)
Дано: СІ: EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3
r=6 cm 0,06 м
F=0,4 mH 0,4•10 –3 Н q1=q2=20 нКл
?=2,5
q1=q2=?