физика. Лабораторная работа 1 по дисциплине Физика Марченко Александра Валерьевна Группа мит23

• Название: Лабораторная работа 1 по дисциплине Физика Марченко Александра Валерьевна Группа мит23
• Дата: 07.12.2022
• Размер: 399.97 Kb.
• Имя файла: физика.docx
• Тип: Лабораторная работа; #832305

Министерство цифрового развития

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

профессионального образования

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики
Институт заочного образования

Лабораторная работа № 1

по дисциплине

«Физика»


Выполнила: Марченко Александра Валерьевна

Группа: МИТ-23

Вариант:3

Проверил: Моргачев Юрий Вячеславович

Барнаул 2022

Лабораторная работа 1
ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

1. 
   ЦЕЛЬ РАБОТЫ
   

1. 
   Исследовать электростатическое поле
   
2. 
   Графически изобразить сечение эквипотенциальных поверхностей и силовые линии для двух конфигураций поля.
   
3. 
   Оценить величину напряженности электрического поля в трех точках
   
4. 
   Определить направление силовых линий
   

2. 
   ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
   

Электрический заряд характеризует вид и интенсивность взаимодействия тел. Поэтому он является физической величиной, у которой есть собственное обозначение – буква q и размерность – кулон (Кл).

Электрические заряды не могут действовать друг на друга непосредственно. Действие одного заряда на другой осуществляется посредством электрического поля.

Электрическое поле – это структурная форма материи, с помощью которой осуществляется электромагнитное взаимодействие. Его основные свойства:

• 
  Электрическое поле создаётся только электрическими зарядами и ничем другим
  
• 
  Электрическое поле способно оказывать силовое воздействие на помещённый в него электрический заряд, что позволяет его обнаружить
  

Электрическое поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим.
- напряжённость электрического поля.
Вектор напряжённости электрического поля совпадает по направлению с вектором силы, действующей на положительный электрический заряд, помещённый в данную точку поля.

Таким образом, напряжённость электрического поля является его силовым параметром.

Геометрическая кривая, в каждой точке которой вектор напряжённости электрического поля направлен по касательной, называется силовой линией

• 
  Силовые линии всегда начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных или уходят одним концом на бесконечность
  
• 
  Силовые линии никогда не пересекаются между собой
  

Геометрическая кривая, в каждой точке которой вектор напряжённости электрического поля направлен по касательной, называется силовой линией.

• 
  
  -
  
  +
  Силовые линии всегда начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных или уходят одним концом на бесконечность.
  
• 
  Силовые линии никогда не пересекаются между собой.
  

Отношение потенциальной энергии заряда, помещённого в электрическое поле, к величине этого заряда, называется потенциалом электрического поля:


Потенциал является скалярной величиной, способной принимать положительные, нулевые или отрицательные значения
Геометрическая кривая, в каждой точке которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной линией

• 
  Эквипотенциальные линии всегда замкнуты
  
• 
  Эквипотенциальные линии никогда не пересекаются между собой
  

-

+


Напряжённость электрического поля связана с его потенциалом соотношением:


Градиент скалярной функции показывает направление её наиболее быстрого возрастания

Знак «минус» появляется при выводе формулы из закона сохранения энергии и указывает на необходимость затрат энергии на совершение работы по перемещению заряда в электрическом поле

Таким образом, силовые линии электрического поля будут направлены в сторону уменьшения его потенциала

С другой стороны, мы знаем, что силовые линии направлены от положительных зарядов к отрицательным

Так как при движении вдоль эквипотенциальной линии заряд проходит нулевую разность потенциалов, то работа при этом не совершается:

= 0

По определению работы силы:


-


Отсюда следует , что означает взаимную перпендикулярность силовых и эквипотенциальных линий в каждой точке электрического поля

+

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ


Установка представляет собой прямоугольную ванну с водой, в которую погружены два неподвижных электрода различной формы Э₁ и Э₂. Электроды присоединены к источнику постоянного низковольтного напряжения ИН. Также имеется подвижный электрод (зонд) З, с помощью которого студент исследует распределение потенциала в ванночке между электродами. Вольтметр показывает напряжение между отрицательно заряженным электродом и точкой в ванне, в которую помещен зонд.



Рис.4

Н
а рисунке 5 изображен внешний вид реальной лабораторной установки. На дно ванны нанесена координатная сетка с делениями, соответствующими 1 см.

Рис.5

Виртуальная лабораторная установка является программным симулятором реального лабораторного оборудования и позволяет смоделировать на персональном компьютере поведение настоящего электрического поля, создаваемого используемой конфигурацией электродов ванны, и получить значения измеряемых физических величин, находящиеся в соответствии с реальным экспериментом.

Основная часть окна симулятора представляет собой координатную сетку, нанесённую на дно лабораторной электролитической ванны. В зависимости от выбранного задания, электроды ванны будут различными: на рисунке 6 показаны два одинаковых круглых электрода противоположной полярности, на рисунке 7 – плоский отрицательно заряженный электрод и круглый положительно заряженный. Зондом служит курсор мыши.



Рис.6 Первый вариант расположения электродов


Рис. 7 Второй вариант расположения электродов



В правом верхнем углу окна расположен цифровой вольтметр, показывающий потенциал подвижного электрода-зонда относительно отрицательного полюса источника тока. Размеры клеточек ванны 1х1 см².

Также в окне имеется таблица, в которую записываются значения измеренных потенциалов и координаты точек дна электролитической ванны, в которых эти потенциалы измеряются.

Кнопка «Удалить» позволяет стереть из таблицы последнюю внесённую запись. Кнопка «Очистить» стирает все записи из таблицы. Кнопка «Печать» используется для распечатки координатной сетки с электродами на принтере.
5. ЗАДАНИЕ

1-й вариант расположения электродов

	Координаты точек
	№1		№2			№3			№4			№5			№6			№7
	X, см	Y, см		X, см	Y, см		X, см	Y, см		X, см	Y, см		X, см	Y, см		X, см	Y, см		X, см	Y, см
2	17,8	7,00		17,6	8,64		18,2	9,28		18,6	9,48		19,6	9,40		19,5	6,56		20	6,88
3	16,9	7,6		17,6	6,36		18,8	5,8		20	6		17,5	9,56		18,3	10,1		19,7	10,1
4	20	4,2		18,3	4,16		16,4	5,2		15,3	7,88		16	10,4		17,2	11,8		19,5	11,9
5	10,1	0,4		9,92	3,04		9,96	7,88		10	11,4		10,1	13,6		10	14		9,96	15,9
6	1,69	4,16		3,88	5,56		4,65	7,04		4,69	7,84		4,38	9,48		3,81	10,4		2,62	11,5
7	0,15	5,95		2,38	6,32		3,12	7,64		2,73	9,32		1,12	10,2		0,23	10,1		0,96	10,2
8	0,15	6,72		1,15	6,48		2,27	7,16		2,5	7,8		2,12	9,04		1,04	9,52		0,31	9,36

Вычисляем по формуле значение напряжённости электрического поля в трёх точках электролитической ванны согласно таблице № вариант 3 задания A(4,8), B(9,8), C(15,8).

Значение напряженности в точке (4,8).

Находим точку с координатами (4,8):



Значение напряженности в точке (9,8).



Значение напряженности в точке (15,8).



2-й вариант расположения электродов:

	Координаты точек
	№1		№2			№3			№4			№5			№6			№7
	X, см	Y, см		X, см	Y, см		X, см	Y, см		X, см	Y, см		X, см	Y, см		X, см	Y, см		X, см	Y, см
2	1,23	0		1,23	2,24		1,23	4,52		1,19	5,24		1,23	7,8		1,19	9,48		1,23	12,5
3	3,31	1,12		3,19	4,64		3,23	7,4		3,15	10,1		3,23	11,8		3,23	13,4		3,27	15,8
4	8,58	0,2		8,19	3,92		7,92	7,68		8	10,2		8,27	13,3		8,5	14,9		8,58	15,9
5	19,8	1,28		17,6	2,04		15,1	4,28		13,9	7,72		14,9	11,5		17,3	13,9		19,5	14,7
6	19,5	5,2		17,3	5,88		16,4	8,76		17,2	10		18,2	10,7		19	10,8		19,9	10,7
7	19,8	6,36		17,9	6,6		17,2	7,88		17,2	7,96		17,6	9,12		18,4	9,68		19,7	9,68
8	19,9	7,04		19	6,68		18	7,2		17,7	8,12		18,2	9		18,9	9,32		19,9	8,96

Вычисляем по формуле значение напряжённости электрического поля в трёх точках электролитической ванны согласно таблице № вариант 1 задания A(4,8), B(9,8), C(15,8).

Значение напряженности в точке (4,8).

Находим точку с координатами (4,8):



Значение напряженности в точке (9,8).



Значение напряженности в точке (15,8).