|
|
Ч.2. Электричество и магнетизм (1). Электри ество и магнетизм
 + +
q 1 q 2
Рис. 3.2.1. Взаимодействие положительных электрических зарядов
Согласно закону Кулона, сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Закон Кулона можно записать и в скалярной форме:
F12 q1q2 2 . (3.2.5)
4 0r12
Напряжённостью электрического поля называется векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой электрического поля. Напряженность поля в данной точке пространства численно равна силе Кулона
, действующей на точечный положительный заряд, помещенный в эту точку
Fэл
E Fэл . (3.2.6) q
Электрическое поле можно задавать графически с помощью линий напряжённости.
Линия напряжённости электрического поля – это линия, в любой точке которой вектор напряжённости направлен по касательной к ней. Линии напряжённости электрического поля точечного заряда представляют собой прямые линии, идущие от положительного заряда или к отрицательному заряду (рис. 3.2.2).
Рис. 3.2.2. Линии напряженности поля положительного (а), отрицательного (б) зарядов и системы из двух зарядов разного знака (в)
Для напряжённости электрического поля выполняется принцип суперпозиции: каждый электрический заряд в данной точке пространства создаёт электрическое поле вне зависимости от наличия других электрических зарядов.
E Ei. (3.2.7)
i
Диполь – это два одинаковых по величине, но противоположных по знаку точечных зарядов, расположенных на расстоянии l (l – плечо диполя).
Дипольный электрический момент – это векторная физическая величина, численно равная произведению величины заряда на расстояние между ними.
 pe ql. (3.2.8)
Вектор pe направлен от отрицательного заряда к положительному (рис.
3.2.3). Напряжённость электрического поля диполя вычисляется с использованием принципа суперпозиции.
F 2
Рис. 3.2.3. Электрическое поле диполя
Как видно из рисунка 3.2.3, sin  l , а для суммарной силы получим 2r12
F2 2F21sin F21l , (3.2.9)
r21
где r12 = r21 – расстояние между зарядами q1 и q2.
На линии, проходящей через центр диполя, перпендикулярно его оси, и на большом расстоянии r от его центра, напряженность
 E 4pe0r3 . (3.2.10)
3.2.3. Порядок выполнения работы
Запустите программу «Открытая физика 1.1». Выберите раздел «Электричество и магнетизм» и «Взаимодействие электрических зарядов». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку на панели инструментов с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Закройте окно теории, нажав кнопку с крестом в правом верхнем углу внутреннего окна.
Рассмотрите внимательно рисунок 3.2.4, найдите регуляторы с движками, задающими величину зарядов q1, q2 и q3, и запишите их в таблицу «Регулируемые величины» в отчете (см. с. 6).
Рис. 3.2.4. Взаимодействие электрических зарядов
1. Исследование поля точечного заряда
При нажатой левой кнопки мыши перемещайте движок регулятора величины первого заряда и установите величину q1, указанную в табл. 3.2.1 для вашей бригады.
Аналогичным образом установите величины второго и третьего зарядов: q2 = 110–8 Кл, q3 = 0.
Подведите маркер мыши, который имеет форму руки, к первому заряду и, удерживая левую кнопку мыши, расположите заряд вблизи левой границы экспериментального поля. Третий заряд поместите под первым (см. рис. 3.2.4).
Заряд q2 перемещайте вправо от первого заряда, устанавливая расстояния r12, указанные в табл. 3.2.2. Измеренные в соответствующих точках значения F12 занесите в эту же таблицу. Рассчитайте в этих точках напряженность поля Е = F12 /q2 и также запишите в табл. 3.2.2.
Повторите измерения для другого значения заряда q1/ (см. табл. 3.2.1), записывая в табл. 3.2.2 значения F12/ и Е/.
Таблица 3.2.1
Значения точечного заряда q1
Номер бригады
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
q1, 10–8 Кл
|
4
|
4
|
-4
|
-4
|
6
|
5
|
-7
|
-8
|
q1/, 10–8 Кл
|
8
|
9
|
-7
|
-6
|
10
|
10
|
-9
|
-10
|
Таблица 3.2.2
Результаты измерений
r12, см
|
20
|
25
|
30
|
40
|
60
|
80
|
100
|
1/(r12)2, м-2
|
|
|
|
|
|
|
|
F12, мкН
|
|
|
|
|
|
|
|
F12/, мкН
|
|
|
|
|
|
|
|
E, В/м
|
|
|
|
|
|
|
|
E/, В/м
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скачать 1.23 Mb.