Качественная задача по электростатике LIVE | 10–11 класс | Подготовка к ЕГЭ по физике с F

YOUTUBE · 30.11.2025 09:19

Ключевые темы и таймкоды

Введение в электростатику

0:29
  • Михаил Александрович Пенкин рассказывает о явлении электростатической индукции в проводниках.
  • Видео будет состоять из двух частей: теоретическая часть и примеры.

Теоретическая часть

1:07
  • Обсуждение электрического поля и его характеристик.
  • Электрическое поле может создаваться зарядами или переменным магнитным полем.
  • Основное внимание уделяется электростатическому полю, создаваемому неподвижными зарядами.

Напряженность электрического поля

2:52
  • Напряженность электрического поля определяется как отношение силы, действующей на пробный заряд, к величине этого заряда.
  • Напряженность не зависит от величины пробного заряда и является характеристикой самого поля.
  • Вектор напряженности и сила, действующая на заряд, сонаправлены для положительных зарядов и противоположны для отрицательных.

Силовые линии электрического поля

4:52
  • Силовые линии электрического поля непрерывны и касательны к вектору напряженности в каждой точке.
  • Силовые линии не пересекаются, что объясняется однозначностью вектора напряженности.
  • Густота силовых линий пропорциональна напряженности поля.

Пример поля точечного заряда

7:22
  • Поле точечного заряда симметрично и имеет форму "солнышка".
  • Напряженность поля увеличивается по мере приближения к заряду.
  • Формула для напряженности поля точечного заряда известна из ЕГЭ по физике.

Формула напряженности поля

9:00
  • Напряженность поля пропорциональна заряду и обратно пропорциональна квадрату расстояния до заряда.
  • При малых расстояниях напряженность поля велика, при больших - мала.
  • Это согласуется с классической картиной поля точечного заряда.

Силовые линии электростатического поля

9:57
  • Силовые линии начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных или в бесконечности.
  • Пример: два заряда +q и -q, где все линии, выходящие из положительного заряда, заканчиваются на отрицательном.
  • Пример: два заряда +2q и -q, где не все линии, выходящие из +2q, заканчиваются на -q.

Теорема Гаусса

10:57
  • Поток вектора напряженности электростатического поля через замкнутую поверхность равен сумме зарядов внутри этой поверхности, деленной на постоянную k и диэлектрическую проницаемость вакуума.
  • Число силовых линий, проходящих через замкнутую поверхность, пропорционально суммарному заряду в области, охватываемой этой поверхностью.

Пример с замкнутой поверхностью

12:57
  • Силовые линии поля пронизывают замкнутую поверхность, входя и выходя из нее.
  • Число линий, выходящих из поверхности, пропорционально суммарному заряду внутри этой области.
  • Если разница между входящими и выходящими линиями не равна нулю, это указывает на наличие электрического заряда внутри области.

Пропорциональность силовых линий заряду

14:57
  • Число силовых линий, начинающихся или заканчивающихся на заряженном теле, пропорционально величине его заряда.
  • Пример: поле заряда +q и +2q, где число силовых линий увеличивается пропорционально увеличению заряда.
  • Сравнение картин силовых линий показывает, что чем больше заряд, тем больше напряженность и густота силовых линий.

Заключение

16:57
  • Для системы зарядов +2q и -q не все линии, начинающиеся с +2q, заканчиваются на -q, так как заряды разные по модулю.
  • Для системы зарядов +q и -q количество выходящих линий одинаково для обоих зарядов.

Вывод о зарядах

18:42
  • Заряды равны по модулю, но знаки могут быть разными.
  • Линии, выходящие из одного заряда, заканчиваются на другом.
  • Это следствие теоремы Гаусса.

Электростатическое поле

19:31
  • Электростатическое поле является потенциальным или консервативным.
  • Работа силы поля не зависит от траектории заряда.
  • Работа силы по замкнутой траектории равна нулю.

Однородное электрическое поле

21:31
  • Однородное поле имеет одинаковый вектор напряженности во всех точках.
  • Силовые линии параллельны и имеют одинаковую густоту.
  • Пример: поле в конденсаторе.

Магнитное поле

23:31
  • Магнитное поле не является потенциальным.
  • Работа силы Лоренца перпендикулярна скорости заряда.
  • Магнитное поле действует на движущийся заряд.

Проводники и диэлектрики

24:31
  • Проводники имеют много свободных носителей заряда.
  • В диэлектриках носителей заряда мало.
  • В проводниках происходит перераспределение зарядов под действием внешнего поля.

Электростатическая индукция

25:31
  • Свободные носители заряда в проводнике смещаются под действием внешнего поля.
  • Положительные заряды смещаются вправо, отрицательные — влево.
  • Происходит перераспределение зарядов, создавая собственное поле.

Результирующее поле

29:22
  • В равновесной ситуации результирующее поле в проводнике равно нулю.
  • Заряды перераспределяются таким образом, чтобы создать нулевое поле.
  • Поле индуцированных зарядов компенсирует внешнее поле.

Закон сохранения заряда

32:22
  • Суммарный заряд проводника сохраняется.
  • Заряд распределяется таким образом, чтобы результирующее поле было нулевым.
  • Это явление важно для решения задач.

Электростатическая индукция

33:14
  • В равновесном состоянии заряды проводника перераспределяются по поверхностям, создавая нулевое поле внутри проводника.
  • Это явление называется электростатической индукцией.
  • Заряды в проводнике могут быть только на поверхностях.

Распределение зарядов

34:07
  • Если заряды не успели перераспределиться, они будут действовать на внешнее поле.
  • Поле, создаваемое зарядами, будет компенсировать внешнее поле, делая результирующее поле нулевым.
  • Заряды остаются равномерно распределенными по поверхностям.

Поляризация диэлектриков

35:07
  • В диэлектриках явление электростатической индукции не имеет силы из-за малого количества свободных носителей заряда.
  • Происходит поляризация молекул, что приводит к появлению нескомпенсированного заряда на поверхностях.
  • Поле внутри диэлектрика не ослабевает до нуля, а остается в эпсилон раз больше.

Задача с заряженным шаром

37:07
  • В нижней половине заряженного шара находится шарообразная полость с воздухом.
  • В центр полости помещен точечный заряд, равный заряду шара.
  • Задача: нарисовать картину силовых линий электростатического поля внутри полости и снаружи шара.

Логика решения задачи

39:04
  • Заряд в полости создает электрическое поле, которое действует на свободные носители заряда в проводнике.
  • Происходит электростатическая индукция, приводящая к перераспределению зарядов.
  • Заряд перераспределяется по внутренней и внешней поверхностям проводника, не накапливаясь в объеме.

Распределение зарядов на поверхностях

42:57
  • Заряд распределяется на внутренней и внешней поверхностях проводника.
  • В объеме заряда не остается, так как он приходит в движение под действием поля.
  • Заряд проводника перераспределяется, создавая результирующее поле, равное нулю.

Области проводника

45:57
  • Проводник делится на три области: полость, сплошная часть и внешняя часть.
  • Заряды в полости и сплошной части распределяются равномерно.
  • Свободные носители заряда остаются, но заряды равномерно распределяются по поверхностям.

Распределение зарядов

47:55
  • Заряд шара распределяется по внешней поверхности.
  • Введение дополнительного заряда ку-маленького изменяет распределение заряда.
  • Заряд ку-маленького частично переходит на внутреннюю поверхность.

Поле в проводнике

48:48
  • В проводнике нет результирующего поля.
  • Поле определяется тремя зарядами: ку-маленьким, ку-один и ку-два.
  • Результирующее поле отсутствует в проводнике.

Экранирование областей

49:48
  • Область б экранирует области а и в.
  • В области а поле определяется зарядом ку-один.
  • В области в поле определяется зарядом ку-два.

Силовые линии и заряды

50:48
  • Силовые линии не могут проходить через проводник.
  • Заряд ку-один отрицательный.
  • Заряд ку-два равен двум ку-маленьким.

Распределение зарядов в полости

51:48
  • Заряд ку-один распределен равномерно.
  • Поле в полости симметрично относительно центра.
  • Силовые линии втыкаются в проводник под прямым углом.

Поле вне проводника

1:00:39
  • Поле вне определяется зарядом ку-два.
  • Заряд ку-два распределен равномерно.
  • Поле вне сферически симметрично относительно центра шара.

Распределение заряда в полости

1:02:39
  • Заряд равномерно распределен, так как рядом нет других зарядов.
  • Если сместить заряд из центра, поле изменится, но симметрия нарушится.
  • Поле в полости будет сферически симметричным, если заряд не смещен.

Количество силовых линий

1:04:39
  • Количество силовых линий пропорционально величине заряда.
  • Заряд в два раза больший требует в два раза больше силовых линий.
  • Поле в полости определяется только зарядами в центре, а вне шара только зарядом на поверхности.

Электростатическая индукция

1:06:39
  • Заряд в полости создает электрическое поле, которое индуцирует заряды на поверхности шара.
  • Внутри шара заряды перераспределяются, чтобы результирующее поле было равно нулю.
  • Поле в области А определяется зарядами в центре, а в области В - зарядом на поверхности шара.

Симметрия полей

1:08:28
  • Поле в области А симметрично относительно центра полости.
  • Поле в области В симметрично относительно центра шара.
  • Силовые линии поля подходят по нормали к поверхности полости и отходят по нормали к поверхности шара.

Равномерное распределение заряда

1:10:28
  • Заряд на поверхности шара распределяется равномерно, так как рядом нет других зарядов.
  • Внутри шара поле равно нулю из-за электростатической индукции.
  • Равномерное распределение заряда объясняется отсутствием других зарядов рядом.

Новая задача

1:13:28
  • В нижней половине заряженного шара находится шарообразная полость.
  • Вне шара помещен точечный заряд.
  • Необходимо нарисовать картину силовых линий и объяснить распределение заряда в объеме шара.

Результирующее поле

1:17:27
  • Результирующее поле определяется суммой векторов от зарядов.
  • В проводнике результирующее поле отсутствует.
  • Поле в полости определяется зарядом Q1, а вне шара - зарядами Q2 и Q3.

Области и поля

1:18:19
  • Область А - полость, область Б - шар, область В - вне шара.
  • В области Б результирующего поля нет.
  • В областях А и В поле определяется зарядами Q1 и Q2 соответственно.

Электростатическое поле

1:19:19
  • Электростатическое поле потенциально.
  • Работа сил поля по замкнутой траектории равна нулю.
  • Это свойство используется для доказательства отсутствия поля в полости.

Доказательство отсутствия поля

1:20:19
  • Предположим, что поле в полости есть.
  • Рассмотрим замкнутую траекторию, проходящую через полость.
  • Работа сил поля по этой траектории должна быть равна нулю.

Работа сил поля

1:21:19
  • Работа сил поля равна произведению напряженности на величину заряда.
  • В проводнике поля нет, поэтому работа равна нулю.
  • В полости поле отсутствует, так как работа по замкнутой траектории равна нулю.

Потенциал и поле

1:26:18
  • Потенциал в полости равен потенциалу шара.
  • Поле отсутствует, поэтому потенциал одинаков во всех точках.
  • Траектория заряда через полость используется для доказательства отсутствия поля.

Различие задач

1:27:18
  • В первой задаче поле не было равно нулю.
  • Силовые линии заканчивались на внутренней поверхности.
  • В текущей задаче поле не начинается и не заканчивается на полости.

Работа поля по замкнутой траектории

1:29:10
  • В электростатическом поле работа по замкнутой траектории равна нулю.
  • В переменном магнитном поле работа может быть не равна нулю.
  • В статической ситуации поле в полости отсутствует.

Заключение

1:31:10
  • Поле в полости отсутствует, так как нет силовых линий.
  • Заряд Q1 отсутствует, так как нет выходящих и входящих силовых линий.
  • В статической ситуации поле не может взаимодействовать с зарядом Q1.

Вывод о заряде

1:33:10
  • Заряд на внешней поверхности ку-два будет равен ку.
  • Заряд будет распределен неравномерно из-за влияния заряда два ку.
  • Невозможность точного определения распределения заряда.

Распределение заряда

1:34:10
  • Положительный заряд стянет на себя отрицательные заряды.
  • Неравномерное распределение заряда ку-два.
  • Часть заряда ку-два будет находиться в определенной области.

Силовые линии

1:37:01
  • Поле определяется зарядами ку-два и два ку.
  • Силовые линии выходят под прямым углом к проводнику.
  • На бесконечности система выглядит как точечный заряд.

Заряд шара

1:40:01
  • Заряд шара в два раза меньше, чем у точечного заряда.
  • Разность между выходящими и входящими силовыми линиями пропорциональна заряду.
  • Для заряда шара должно выходить на шесть линий больше, чем входить.

Замкнутые силовые линии

1:44:01
  • Силовые линии не могут замыкаться на проводнике.
  • Работа по замкнутой траектории вдоль силовой линии не равна нулю.
  • Силовые линии уходят на бесконечность.

Демонстрация на фотографиях

1:48:52
  • Заряд шара определяется разностью между выходящими и входящими силовыми линиями.
  • Для заряда ку-маленько должно выходить на шесть линий больше, чем входить.
  • Демонстрация на фотографиях показывает распределение зарядов и силовых линий.

Доказательство отсутствия заряда в полости

1:49:52
  • Часть шара между поверхностями не заряжена.
  • Заряд внутри шара привел бы к его перемещению на поверхности.
  • В области А результирующее поле определяется только зарядом Q1, а в области В — только зарядами Q2 и Q3.

Отсутствие поля в области А

1:50:52
  • В области А нет зарядов, поэтому силовые линии начинаются и заканчиваются на полости.
  • Перемещение заряда по замкнутой траектории вдоль силовой линии не равно нулю, что противоречит потенциальности электростатического поля.
  • Результирующее поле в области А отсутствует.

Доказательство отсутствия заряда Q1

1:52:52
  • Отсутствие поля в областях А и Б означает, что Q1 равно нулю.
  • На границе раздела областей нет силовых линий, что подтверждает отсутствие заряда Q1.
  • Если поле в полости есть, работа по перемещению заряда не будет равна нулю.

Электростатическая защита

1:54:52
  • Заряд Q2 равен Q, и весь заряд находится на поверхности.
  • В полости нет заряда и поля, что делает проводник эквивалентным сплошному проводнику.
  • Это свойство используется в электростатической защите, например, в клетке Фарадея.

Распределение заряда в области В

1:56:42
  • На внешней поверхности шара индуцируются заряды Qm и -Q.
  • Силовые линии начинаются на зарядах Q2 и Qm и заканчиваются на бесконечности.
  • На бесконечно большом удалении система выглядит как точечный заряд Q3.
Похожие пересказы
Решаем две задачи по электростатике: про металлические шары и электрон в телевизоре.
YOUTUBE 21.11.2025
Что значит качественная вещь?
YOUTUBE 01.12.2025
[GTA/SAMP]: Качественная сборка модов для слабых и средних ПК
YOUTUBE 01.12.2025
Вебинар. Качественная глубокая изоляция. Иван Закорецкий
YOUTUBE 01.12.2025