Билет 7 Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона.

Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух ви­дов зарядов. Один вид заряда назвали положитель­ным, носителем элементарного положительного за­ряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон.

Электризация — это сообщение телу электри­ческого заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разно­родных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов.

В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка — поло­жительный.

Законы взаимодействия неподвижных элек­трических зарядов изучает электростатика.

Основной закон электростатики был экспери­ментально установлен французским физиком Шар­лем Кулоном и читается так. Модуль силы взаимо­действия двух точечных неподвижных электриче­ских зарядов в вакууме прямо пропорционален про­изведению величин этих зарядов и обратно пропор­ционален квадрату расстояния между ними.

где q₁ и q₂— модули зарядов, r — расстояние между ними, k — коэффициент пропор­циональности, зависящий от выбора системы еди­ниц, в СИ k = 9 • 10⁹ Н • м²/Кл². Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды ε. Для среды с диэлектрической проницае­мостью ε, закон Кулона записывается следующим об­разом:

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим, или кулоновским, взаимодействием. Кулоновские силы мож­но изобразить графически

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой притяжения при разных знаках зарядов и силой от­талкивания при одинаковых знаках.

Дискретность электрического заряда значит его неделимость. Т.е. существует наименьший элементарный заряд. Носителем элементарного заряда является электрон: е=q=1,6•10^-19 Кл.

Экспериментальное задание: «Проверка выполнимости принципа обратимости све­товых лучей».

Оборудование: оптический диск с осве­тителем, плоское зеркало.

Порядок выполнения задания.

1. Укрепить плоское зеркало в центре оптического диска.

2. Направить на зеркало луч света под углом i = 30° . Отметить направление распростра­нения отраженного луча ОВ. Направить на зеркало луч света вдоль линии ВО и опять отметить направление отраженного луча.

3. Повторить опыт при другом угле па­дения i и сделать вывод.

Билет 8 Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии. Потенциальная и кинетическая энергия. Закон сохранения энергии в механике.

Энергия — это физическая величина, которая яв­ляется мерой движения и взаимодействия всех ви­дов материи. С понятием энергии приходится встре­чаться во всех науках о природе, во всех отраслях техники.

Энергию, которая обусловлена взаимодействи­ем тел или частей одного и того же тела, называ­ют потенциальной.

Она определяется формулами: Е_р = mgh (для тел, поднятых на высоту h относительно другого тела). Потенциальной энергией обладают, например, поднятый над Землей камень, растянутая или сжатая пружина и т. д. Для сравнения потенциальных энергий различных тел над Землей, нужно условится от какого общего начального положения (нулевого уровня) будем отсчитывать высоту h. В зависимости от условия задачи это могут быть поверхность Земли, дно озера или фундамент. Потенциальную энергии тела, лежащего на земле, обычно считают равной нулю. Тогда система «Земля – тело», поднятое на высоту h, обладает потенциальной энергией.

Формула Е_р = mgh справедлива для небольших высот по сравнению с радиусом Земли, т. к. в этом случае можно пренебречь изменением значения g с высотой.

Энергию тел, которой они обладают вследствие своего движения, называют кинетической. Она оп­ределяется формулой:

Физический смысл кинетической энергии заключается в том, чтобы увеличить скорость тела массой m от нуля до значения v.

Сумму потенциальной и кинетической энергии на­зывают полной механической энергией.

Закон сохранения полной механической энергии формулируется так:

Полная механическая энергия замкнутой сис­темы тел, взаимодействующих силами тяготе­ния и упругости, остается неизменной:

E_k2+E_p2=E_k1+E_p1

Замкнутой системой тел называется такая система тел, на которую не действуют сылы со стороны тел, не входящих в эту систему, или когда геометрическая сумма действующих на систему внешних сил равна нулю.

Механическая энергия не только из одного вида превращается в другой (потенциальная в кинети­ческую и наоборот), но и от одного тела передается другому. Этот вывод представляет собой частный случай оного из важнейших законов природы – закона сохранения и превращения энергии, согласно которому происходит превращение механической энергии во внутреннюю, электрической энергии – в механическую или внутреннюю, энергии света – в механическую и т. д. Например, при падении мяча с некоторой высоты его потенциальная энергия превращается в кинетическую. В момент удара о Землю механическая энергия частично переходит во внутреннюю и т. д.

Если в изолированной системе действуют силы трения, то механическая энергия такой системы уменьшается; ее убыль равна работе сил трения.