1 Какие поля называют потенциальными?
Потенциальными называют такие поля, в которых работа по перемещению заряда зависит только от начальной и конечной точек, а не от траектории движения. В таких полях можно ввести понятие потенциала.
2 Приведите примеры известных вам потенциальных полей.
Электростатическое поле Гравитационное поле Поле упругих сил
3 Что называют: а) разностью потенциалов; 6) потенциалом?
а) Разностью потенциалов – это разность значений потенциалов в двух точках, равная работе, совершаемой при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую. б) Потенциалом – это скалярная величина, равная работе по перемещению единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.
4 Приведите примеры выбора точки, потенциал которой принимают равным нулю.
В электростатике нулевой потенциал часто принимают в бесконечно удаленной точке. В гравитационном поле Земли нулевой потенциал можно выбрать на уровне поверхности Земли или в бесконечности. В задачах на электрическое поле металлического проводника потенциал проводника часто принимают за ноль.
5 Чему равна разность потенциалов ф12, между точками 1 и 2, если потенциалы этих точек равны ф1, и ф2 Почему
Разность потенциалов φ₁₂ равна: φ₁₂ = φ₁ - φ₂ Это объясняется тем, что разность потенциалов определяется как изменение потенциала при перемещении заряда из одной точки в другую.
6. Как изменяется потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов при их удалении друг от друга?
Если заряды одноименные, их потенциальная энергия уменьшается (заряды отталкиваются). Если заряды разноименные, их потенциальная энергия увеличивается (заряды притягиваются). В обоих случаях при удалении на бесконечность потенциальная энергия стремится к нулю.
7 Какую поверхность называют эквипотенциальной?
Эквипотенциальной называют поверхность, во всех точках которой потенциал одинаков. Работа по перемещению заряда вдоль такой поверхности равна нулю.
8. Что представляют собой эквипотенциальные поверхности однородного электростатического поля? Как по отношению к ним расположены линии напряжённости?
В однородном электростатическом поле эквипотенциальные поверхности – это параллельные плоскости, перпендикулярные линиям напряженности.
9. Как связаны разность потенциалов и модуль напряжённости однородного электростатического поля?
Разность потенциалов U и напряженность E связаны формулой: U = E * d, где d – расстояние между точками вдоль направления поля.
1 Точечный заряд q = 2 мкКл переместили из точки, потенциал которой ф1 = 20 В, в точку, потенциал которой ф2 = -30 В. Какую работу совершили при этом силы электростатического поля над этим зарядом?
Формула для работы сил электростатического поля: A = q (φ₁ - φ₂)
Подставляем значения: q = 2 мкКл = 2 * 10⁻⁶ Кл φ₁ = 20 В φ₂ = -30 В
A = (2 * 10⁻⁶) * (20 - (-30)) A = (2 * 10⁻⁶) * (20 + 30) A = (2 * 10⁻⁶) * 50 A = 1 * 10⁻⁴ Дж
Ответ: 0,1 мДж или 1 * 10⁻⁴ Дж.
2. Определите отношение разности потенциалов ф2 и ф5 к разности потенциалов ф2 и ф1 электрического поля, силовые и эквипотенциальные линии которого показаны на рис. 283. Объясните полученный результат.
В однородном электрическом поле разность потенциалов между двумя точками определяется формулой:
φ2 - φ1 = E * d
где E — напряженность поля, d — расстояние между эквипотенциальными линиями.
Так как линии распределены равномерно, разность потенциалов между соседними линиями одинакова:
φ2 - φ1 = φ3 - φ2 = φ4 - φ3 = φ5 - φ4
Следовательно, разность потенциалов между φ2 и φ5 включает три таких промежутка:
φ2 - φ5 = 3 * (φ2 - φ1)
Отсюда отношение:
(φ2 - φ5) / (φ2 - φ1) = 3
Это значит, что потенциал уменьшается равномерно в направлении поля, и разность потенциалов между φ2 и φ5 в три раза больше, чем между φ2 и φ1.
3 Получите выражение единицы разности потенциалов через основные единицы СИ.
Разность потенциалов измеряется в вольтах (В).
1 вольт определяется как работа в 1 джоуль, совершаемая при перемещении заряда в 1 кулон: 1 В = 1 Дж / 1 Кл
Расписываем основные единицы: Джоуль: 1 Дж = 1 кг·м²/с² Кулон: 1 Кл = 1 А·с
Подставляем: 1 В = (1 кг·м²/с²) / (1 А·с)
Ответ: 1 В = 1 кг·м²/(А·с³).