Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ТОЧЕЧНЫХ
ЗАРЯДОВ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ


Цель работы: Знакомство с электрическими полями точечных зарядов и их физическими характеристиками.

Приборы и принадлежности: компьютер и программа «Открытая физика», миллиметровая бумага формата А4.

Теоретическое обоснование эксперимента.

Напряженность электрического поля (ЭП), создаваемого точечным зарядом q, есть векторная величина, обозначаемая символом и определяемая соотношением  .         (1.1)

Следовательно, зависимость будет прямо пропорциональной. Поэтому по наклону данного графика можно определить коэффициент пропорциональности, а значит, и е0.

Проведение измерений

В программе «Открытая физика - 2» откройте параграф 1.1 темы Электрическое поле (глава 1: Электродинамика), модель « Взаимодействие точечных зарядов». Чтобы «исключить» заряд q3, введите значение q3=0. Затем перемещайте заряд q1 и зафиксируйте его вблизи левой границы экспериментального поля. Установите величину этого заряда по указанию преподавателя. Заряд q2  установите равным 10 ─ 8 Кл. Перемещая заряд q2 вправо, устанавливайте расстояния r12 до первого заряда, указанные в таблице 1.1. Измеренные в данных точках значения Е1=F12 /q2 занесите в соответствующую строку табл.1.1. Повторите измерения для двух других значений заряда q1 (по указанию преподавателя), записывая в табл.1.1 значения Е2  и Е3.

Обработка результатов

Постройте на одном листе миллиметровой бумаги (формат А4) графики зависимости напряженности ЭП (Еi, i=1,2,3) точечного заряда от квадрата обратного расстояния (1/r2). Определите тангенс угла наклона каждого из трех графиков E(1/r2) как отношение  ДE/Д(1/r2)1. По тангенсу угла наклона графиков на каждом из двух листов определите электрическую постоянную, используя формулы (для больших расстояний r). Вычислите среднее значение электрической постоянной, абсолютную и относительную погрешности измерений.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Выводы

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Таблица 1.1









q3=0

q2=10-8

(Кл)

r12

(см)

20

30

40

50

60

70

80

90

100

(Кл/В. м)

,

r12

(м)

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1/

(м-2)

q1=

F12(Н)

Е1()

q1=

F12(Н)

Е2()

q1=

F12(Н)

Е3()

Контрольные вопросы

Что такое электрическое поле (ЭП)? Назовите источники ЭП. Перечислите основные свойства заряда. Какая сила действует между зарядами? Закон Кулона. Напряженность ЭП и ее силовые линии. Сформулируйте принцип суперпозиции для ЭП. Запишите формулу для напряженности поля точечного заряда. Потенциал ЭП, эквипотенциальные поверхности. Принцип суперпозиции для потенциалов ЭП. Связь между напряженностью и потенциалом ЭП. Электрический диполь, его поведение в однородном и неоднородном ЭП. Движение заряженных частиц в ЭП. Вещество в ЭП (проводники, диэлектрики, полупроводники). Диэлектрическая проницаемость. Электроемкость. Конденсаторы, их параллельное и последовательное соединение. Энергия и плотность энергии ЭП.

1 При построении графиков E(1/r2) для трех значений зарядов q1 на компьютере в системе EXCEL следует определить линию тренда для каждого из них. Для этого нужно щелкнуть правой клавишей мыши по линии графика, затем выбрать в меню линейную аппроксимацию. На экране компьютера высветится уравнение линии вида ax+b, коэффициент при x в котором покажет тангенс угла наклона графика с горизонтальной осью tgб=a.