Номер 4, страница 381 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Авторы: Касьянов В. А.
Тип: Учебник
Издательство: Просвещение
Год издания: 2021 - 2025
Уровень обучения: углублённый
Цвет обложки: белый самолет и молнии изображены
ISBN: 978-5-09-103621-3
Популярные ГДЗ в 10 классе
Параграф 82. Линии напряжённости электростатического поля. 14. Силы электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Электростатика - номер 4, страница 381.
№4 (с. 381)
Условие. №4 (с. 381)
скриншот условия

4. Почему модуль напряжённости поля пропорционален степени сгущения линий напряжённости электростатического поля?
Решение. №4 (с. 381)
Модуль напряжённости электростатического поля пропорционален степени сгущения (густоте) линий напряжённости по соглашению, которое имеет глубокое физическое обоснование, вытекающее из теоремы Гаусса. Линии напряжённости — это графический способ изображения электрического поля, и их густота вводится специально для того, чтобы наглядно показывать величину поля.
Рассмотрим это подробнее. По определению, линии напряжённости электростатического поля строятся так, чтобы выполнялись два условия:
1. Касательная к линии напряжённости в любой точке пространства совпадает по направлению с вектором напряжённости $\vec{E}$ в этой точке.
2. Густота линий (количество линий, пронизывающих единичную площадку, расположенную перпендикулярно линиям) в каждой точке пространства пропорциональна модулю вектора напряжённости $E$ в этой же точке.
Это второе условие не является произвольным, а напрямую связано с фундаментальным свойством электрического поля, которое описывается теоремой Гаусса. Согласно этой теореме, поток вектора напряжённости $\Phi_E$ через любую замкнутую поверхность пропорционален полному электрическому заряду $Q_{вн}$, находящемуся внутри этой поверхности:
$\Phi_E = \oint_S \vec{E} \cdot d\vec{S} = \frac{Q_{вн}}{\varepsilon_0}$
где $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная.
При графическом изображении поля принято считать, что число линий напряжённости $N$, исходящих от положительного заряда $q$ (или входящих в отрицательный), пропорционально величине этого заряда, $|q|$. Если выбрать коэффициент пропорциональности равным $1/\varepsilon_0$, то полное число линий, создаваемых зарядом, будет $N = \frac{|q|}{\varepsilon_0}$. Тогда из теоремы Гаусса следует, что поток напряжённости через замкнутую поверхность просто равен полному числу линий $N$, пересекающих эту поверхность.
Теперь рассмотрим небольшую элементарную площадку $\Delta S$, перпендикулярную линиям поля. Поток через неё можно записать как $\Delta \Phi_E = E \cdot \Delta S$. Число линий $\Delta N$, пересекающих эту площадку, по нашему соглашению, равно потоку: $\Delta N \approx \Delta \Phi_E$. Таким образом, мы получаем:
$\Delta N = E \cdot \Delta S$
Из этого соотношения можно выразить модуль напряжённости поля:
$E = \frac{\Delta N}{\Delta S}$
Эта формула как раз и показывает, что модуль напряжённости поля $E$ равен числу силовых линий, приходящихся на единицу площади поверхности, перпендикулярной этим линиям. То есть, $E$ пропорционален густоте линий напряжённости. Где линии сгущаются, там поле сильнее, а где они становятся реже — слабее.
Пример с точечным зарядом: Для поля точечного заряда $q$ модуль напряжённости на расстоянии $r$ определяется законом Кулона: $E = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{|q|}{r^2}$. Общее число линий, исходящих из заряда, по соглашению равно $N = \frac{|q|}{\varepsilon_0}$. Эти линии равномерно пронизывают сферическую поверхность площадью $S = 4\pi r^2$, описанную вокруг заряда. Густота линий на этой поверхности составляет $\frac{N}{S} = \frac{|q|/\varepsilon_0}{4\pi r^2} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{|q|}{r^2}$. Сравнивая это выражение с формулой для $E$, мы видим, что густота линий в точности равна модулю напряжённости поля.
Ответ: Модуль напряжённости поля пропорционален степени сгущения линий напряжённости потому, что число линий, проходящих через единичную площадку, перпендикулярную им, по определению и как следствие теоремы Гаусса, принимается пропорциональным потоку вектора напряжённости через эту площадку. Поток, в свою очередь, прямо пропорционален модулю напряжённости поля ($ \Delta \Phi_E = E \cdot \Delta S $), что и устанавливает искомую зависимость: $E = \frac{\Delta N}{\Delta S}$. Чем гуще линии, тем больше их число $\Delta N$ на той же площадке $\Delta S$, и, следовательно, тем больше модуль напряжённости $E$.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10 класс, для упражнения номер 4 расположенного на странице 381 к учебнику 2021 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №4 (с. 381), автора: Касьянов (Валерий Алексеевич), ФГОС (старый) углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.