Лабораторная работа э исследование электрического поля точечных зарядов цель работы
 Скачать 0.63 Mb.
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Эв1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ Цель работы: Познакомиться с моделированием электрического поля точечного заряда. Экспериментально измерить характеристики электрического поля (ЭП) точечного заряда. Приборы и принадлежности: мультимедийное учебное пособие «Открытая физика» версия 2.6, часть 2, модель 1.2.Электрическое поле точечных зарядов. I. Описание установки и метода измерений Для запуска программы необходимо щелкнуть левой кнопкой мыши, когда ее маркер расположен над эмблемой данной части сборника компьютерных моделей. После этого появится начальная картинка, имеющая вид, откроется полный список моделей этой главы.:  Затем необходимо щелкнуть левой кнопкой мыши, установив ее маркер на верхней строке модель 1.2. Электрическое поле точечных зарядов в Главе 1. Электродинамика. Откроется список моделей курса.  Для работы с интересующей вас моделью необходимо левой кнопкой мыши щелкнуть по искомой модели. В этой лабораторной работе рассматривается модель 1.2. «Электрическое поле точечных зарядов», которая имеет вид:  Компьютерная модель демонстрирует картину силовых линий и эквипотенциальных поверхностей точечного заряда или системы из двух точечных зарядов. Можно изменять величины зарядов и их знаки, а также расстояние между зарядами. При установке курсора в любой точке и нажатии левой клавиши мыши компьютер высвечивает на дисплее значения модуля вектора напряженности электрического поля  и потенциала φ в данной точке. Следует обратить внимание, что в электрическом поле двух точечных зарядов возможны сферические эквипотенциальные поверхности.Краткая теория Электрическим полем (ЭП) называется область пространства, в которой на электрически заряженную частицу действует сила, называемая электрической (кулоновской). Источником ЭП являются частицы, несущие электрические заряды. Электрический заряд - особая характеристика частицы, определяющая ее способность создавать ЭП и взаимодействовать с другими ЭП или заряженными частицами. Точечным зарядом будем называть частицу, имеющую электрический заряд, размерами которой в данной задаче можно пренебречь. Основные свойства электрического заряда: Заряд инвариантен – его величина одинакова при измерении в любой инерциальной системе отсчета. Заряд сохраняется – суммарный заряд изолированной системы тел не изменяется. Заряд аддитивен – заряд системы тел равен сумме зарядов отдельных тел. Заряд дискретен – заряд любого тела по величине кратен минимальному заряду, который обозначается символом е и равен е =1.6 10-19 Кл. Электрический заряд существует в двух разных видах: положительный и отрицательный. Заряды одного знака отталкиваются, а разных знаков - притягиваются друг другом. Положительный элементарный заряд будем обозначать символом (+е), отрицательный – (-е).
Самая маленькая частица электрического заряда - называется элементарным зарядом. Заряд всех элементарных частиц (если он не равен нулю) одинаков по абсолютной величине. Если вблизи одной заряженной частицы (заряда q1), расположенной в начале координат, будет находиться вторая заряженная частица (заряд q2), то на второй заряд будет действовать кулоновская (‘лектрическая ) сила  , определяемая законом Кулона:
где  - радиус-вектор точки наблюдения,  - единичный радиус-вектор, направленный в точку наблюдения, 0 - электрическая постоянная.Напряженность электрического поля (НЭП) - характеристика силового действия ЭП на заряд. Напряженность ЭП, создаваемого зарядом q1 , есть векторная величина, обозначаемая символом  ( q1) и определяемая соотношением :
где  - сила, действующая на заряд qпр.Величину модуля напряженности поля точечного заряда q рассчитывают по формуле:
Силовая линия ЭП - линия, в любой точке которой вектор напряженности ЭП направлен по касательной к ней. Для ЭП справедлив принципу суперпозиции: напряженность ЭП нескольких электрических зарядов является суммой векторов напряженности поля, создаваемого независимо каждым зарядом:
Линии напряженности электрического поля точечного заряда представляют собой прямые радиальные линии, идущие от заряда (положительного) или к заряду (если он отрицателен). Энергетической характеристикой электрического поля является потенциал. Потенциалом данной точки ЭП называется скалярная характеристика ЭП, численно равная работе сил поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки в другую фиксированную точку 0, в которой потенциал принят за 0 (например, в бесконечность):
где, qпр – единичный положительный заряд. Величину модуля потенциала поля, созданного точечным зарядом q рассчитывают по формуле:
Между силовой (  и энергетической () характеристиками ЭП связь задается формулой:
II. Программа работы Исследовать ЭП точечных зарядов (+q) и (-q). Определить характеристики ЭП точечных зарядов в пяти точках. Исследовать поле диполя. Определить величину дипольного момента диполя. III. Порядок работы Упражнение №1. Исследование поля точечного заряда 1.Согласно маршруту выполнения виртуальных работ получить исходные данные для выполнения виртуальной лабораторной работы Эв1 «Исследование электрического поля точечных зарядов».
Войти в виртуальную модель 1.2. Выбрать конфигурацию –один заряд, установить заданную величину заряда +q, и галочки на силовые линии и эквипотенциальные поверхности. Зарисовать вид силовых линий и эквипотенциальных поверхностей. Затем повторить действия п.2 для заряда (-q)/ Выбрать некоторую силовую линию заряда +Q и перемещаться по ней от заряда. Установить курсор в первой точке пересечения силовой линии и эквипотенциальной поверхности и произвести измерения модулей вектора напряженности электрического поля и потенциала φ в данной точке, нажав левую клавишу мыши компьютера. Результаты измерений занести в таблицу 2. Повторить действия п.4 для четырех следующих точек.
Рассчитать величины расстояний по формуле:  и внести результаты расчетов в таблицу 2.Построить графики зависимостей  Cделать выводы. Упражнение №2. Исследование поля системы двух точечных зарядов. Войти в виртуальную модель 1.2. Выбрать конфигурацию –два заряда, установить заданные величины зарядов +q,-q, расстояния между этими зарядами и галочки на силовые линии и эквипотенциальные поверхности. Зарисовать вид силовых линий и эквипотенциальных поверхностей поля диполя. Рассчитать величину напряженности результирующего поля в точк5, равноудаленной от каждого из зарядов на расстояние, равное расстоянию между зарядами. Cделать выводы IV. Вопросы для самоконтроля Что представляет собой электрическое поле? Каковы источники электрического поля? Каков характер электрического поля? Дать определение однородного электрического поля. Дать определение точечного электрического заряда. Перечислите свойства электрического заряда. Запишите определение напряженности электрического поля. Запишите единицу ее измерения. Дать определение силовой линии (линии напряженности ) электрического поля. Каково направление силовых линий электрического поля? Зачем их рисуют? Сформулировать и записать принцип суперпозиции полей. В чем суть принципа суперпозиции полей и как он применяется в данной работе? Что такое потенциал ЭП и для чего он используется? Что такое градиент? Какая сила действует между зарядами? Записать закон Кулона. V. Содержание отчета 1. Титульный лист. 2. Цель работы. 3. Приборы и принадлежности. 4. Схема установки. 5. Расчетные формулы: Величина расстояния от точечного заряда до искомой точки:  6. Результаты измерений:
7. Построить графики зависимостей 8. Сделать выводы. VI. Используемая литература 1. Трофимова Т.И. Курс физики. Изд. 5-е. – М.: Высшая школа, 1998. – §§ 109 – 121. 2. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3 т. Изд. 2-е. – М.: Наука, 1982. – Т.2, §§ 39 – 44. 3. Лекции преподавателя. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
