Інструменти, обладнання і прилади

Лабораторний макет, калькулятор.

Завдання

5.1 Побудуйте графіки залежності напруженості (Е) електричного поля точкового заряду від квадрата зворотної відстані (1/d²) і залежності потенціалу (φ) електричного поля точкового заряду від зворотної відстані (1/d) між зарядом-джерелом електричного поля й досліджуваною точкою поля.

5.2 Написати висновки та відповісти на контрольні запитання.

Питання вхідного контролю

6.1 Що таке електричне поле? Назвіть джерела електричного поля. Дайте визначення силової і енергетичної характеристик електричного поля.

6.2 Запишіть формули обчислення напруженості й потенціалу електричного поля точкового заряду; поясніть фізичний зміст величин, що входять у ці формули.

6.3 Яка сила діє на заряджене тіло в електричному полі?

6.4 Запишіть закон Кулона і поясните фізичний зміст величин що входять у нього.

Хід роботи

Експеримент 1

1. Запустіть, двічі клацнувши мишею, віртуальний експеримент «Електричне поле точкових зарядів». Встановите конфігурацію "Два заряди".

2. Величину заряду q₂ встановите рівною 0 (у цьому експерименті заряд q₂ не використовують).

3. Переміщаючи движок регулятора значень заряду q₁ (у цьому експерименті заряд q₁ використовують як точковий заряд-джерела Q електричного поля), зафіксуйте величину заряду q₁, зазначену в таблиці 1 для вашого варіанта.

4. Установите значення d (у цьому експерименті d використовують як відстань r між зарядом-джерелом Q електричного поля й досліджуваною точкою поля), зазначене в таблиці 2.

5. Підвівши курсор (руку) до місця розташування заряду q₂, встановите його приблизно на 1 мм нижче заряду, натисніть ліву кнопку миші й запишіть чисельні значення напруженості Е і потенціалу φ у таблицю 2.

6. Повторите виміру напруженості Е і потенціалу φ електричного поля (пункти 4 і 5) для інших значень відстані d з таблиці 2.

Таблиця 1.

Значення величини точкового заряду-джерела електричного поля

(не перемальовувати).

Таблиця 2.

Результати вимірів напруженості й потенціалу

Експеримент 2

2. Величину заряду q₂ установите рівної 0 (у цьому експерименті заряд q₃ не використовують).

3. Установите значення d (у цьому експерименті d використовують як відстань r між зарядом-джерелом Q електричного поля й досліджуваною точкою поля), зазначене в таблиці 3 для вашого варіанта.

4. Переміщаючи движок регулятора значень заряду q₁ (у цьому експерименті заряд q₁ використовують як точковий заряд-джерела Q електричного поля), зафіксуйте величину заряду q₁ з таблиці 4.

6. Повторіть вимір напруженості Е і потенціалу φ електричного поля (пункти 4 і 5) для інших значень заряду q₂ з таблиці 2.

Таблиця 3.

Значення відстані від точкового заряду до досліджуваної точки (не

перемальовувати).

Таблиця 4.

Результати вимірів напруженості й потенціалу

Експеримент 3

1. Запустіть, двічі клацнувши мишею, віртуальний експеримент «Взаємодія точкових зарядів».

2. Зачепивши мишею, переміщайте заряд q₁ і зафіксуйте його поблизу лівої границі експериментального поля (у цьому експерименті цей заряд є джерелом поля).

3. Заряд q₃ помістите під першим, а його величину встановите рівної 0 (у цьому експерименті заряд q₃ не використовують).

4. Переміщайте движок регулятора величини першого заряду й встановіть величину заряду q₁₁ , зазначену в таблиці 1 для вашого варіанта.

5. Заряд q₂ встановите рівним 1*10^-8 Кл (у цьому експерименті заряд q₂відіграє роль пробного заряду).

6. Переміщайте, натиснувши ліву кнопку миші, заряд q₂ вправо, встановлюючи відстань r₁₂ до першого заряду, зазначену в таблиці 2 першим.

7. Величину напруженості електричного поля (Е₁) у досліджуваній точці розрахуйте по формулі (8), підставивши в неї значення вимірюваної сили F₁₂ і заряду q₁₁, і занесіть у відповідний рядок таблиці 2.

8. Повторіть виміри п.6 і п.7 для трьох інших значень заряду q_1i з таблиці 1, записуючи в таблицю 2 розраховані значення Е₂, Е₃ і Е₄ для заряду q₁₂, q₁₃ і q₁₄ , відповідно.

Обробка результатів вимірів

Експеримент 1

1. Побудуйте графіки залежності напруженості (Е) електричного поля точкового заряду від квадрату зворотної відстані (1/d²) і залежності потенціалу (φ) електричного поля крапкового заряду від зворотної відстані (1/d) між зарядом-джерелом електричного поля й досліджуваною точкою поля.

2. Визначите (для кожного графіка) чисельне значення електричної постійної , використовуючи формули де q₁ - величина точкового заряду- джерела електричного поля, - відношення збільшення квадрату зворотньої відстані до збільшення напруженості електричного поля) і (де q₁ - величина точкового заряду-джерела електричного поля, - відношення збільшення зворотної відстані до збільшення потенціалу електричного поля).

3. Запишіть висновки за результатами розрахунків і аналізу графіків.

Експеримент 2

1. Побудуйте графіки залежності напруженості (Е) електричного поля точкового заряду від величини заряду q₁ і залежності потенціалу (φ) від величини заряду q1 .

2. Визначите (для кожного графіка) чисельне значення електричної постійної , використовуючи формули (де d - відстань до досліджуваної точки поля, - відношення збільшення величини заряду q ₁-джерела електричного поля до збільшення напруженості електричного поля) і (де d - відстань до досліджуваної точки поля, - відношення збільшення величини заряду q₁-джерела електричного поля до збільшення потенціалу електричного поля).

3. Запишіть висновки за результатами розрахунків і аналізу графіків.

Експеримент 3.

1. Обчислітье і запишіть у таблицю 1 значення для другого рядка.

2. Побудуйте на одному аркуші графіки залежності напруженості електричного поля (Е) точкового заряду q_1i від квадрата зворотної відстані (1/r²).

3. Для кожного графіка визначите електричну постійну, використовуючи формулу

, де - відношення збільшення зворотного квадрата відстані до відповідного збільшення напруженості електричного поля.

4. Обчисліть середнє значення електричної постійної.

5. Запишіть відповідь і проаналізуйте відповідь і графіки.

8 Питання вихідного контролю:

8.1 Сформулюйте принцип суперпозиції для електричних полів.

8.2 Задача. Два точкових заряди q₁ =7,5 нКл і q₂ = - 14,7 нКл розташовані на відстані рівному r = 5 см. Знайти напруженість електричного поля в точці, що перебуває на відстані a = 3 см від позитивного заряду і b = 4 см від негативного заряду.

Перелік посилань

9.1 Лабораторний практикум з фізики. Навч.посібник/за ред. І.Є.Лопатинського, Львів: вид.НУ «Львівська політехніка»2002. ч.1. ст.54-60.

9.2 Загальна фізика: Лабораторний практикум.: Навч.посібник/ В.М.Барановський, П.В.Бережний, І.Т.Горбачук та ін.; За заг.ред. І.Т.Горбачука. – К.: Вища шк.., 1992-509 с.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3
Перевірка теореми Остроградского-Гаусса для електростатичного поля у вакуумі

Мета роботи

Навчитися моделювати .електростатичне поле. Експериментально визначити величини електричної постійної. Експериментально перевірити теорему Остроградского-Гаусса.

Теоретичні відомості

Напруженість електростатичного поля в даній точці є векторна фізична величина, рівна відношенню сили F , що діє з боку поля на нерухливий точковий заряд q₀,поміщений у дану точку поля, до величини цього заряду

Принцип суперпозиції електростатичних полів: напруженість электро- статичного поля систем точкових зарядів дорівнює векторній сумі напруженостей полів кожного із цих зарядів окремо:

Лініями напруженості (силовими лініями) називаються лінії, проведені в поле так, що дотичні до них у кожній точці збігаються по напряму- з вектором напруженості. Лінії напруженості проводять так, що вони починаються на позитивних зарядах і закінчаються на негативних, або йдуть у нескінченність. На рис. 1 показані лінії напруженості двох точкових зарядів: а) різнойменних; б) однойменних.

а б

Рис. 1 Лінії напруженості двох точкових зарядів:

а) різнойменних; б) однойменних.

Потік вектора напруженості. Силова лінія, визначаючи напрямок вектора напруженості, сама по собі не визначає величину модуля вектора напруженості. Уведемо умову, що зв'язує величину модуля вектора напруженості із числом проведених ліній напруженості через одиницю площі. Для цього виділимо в електростатичному полі малу область, у межах якої електростатичне поле можна вважати однорідним. Проведемо в цій площині елементарну площадку dS₀, у межах якої електростатичне поле можна вважати однорідним. Домовимося через цю площадку проводити таке число dФ ліній напруженості, щоб число ліній, що припадають на одиницю поверхні площадки dS₀,, було рівне величині модуля вектора напруженості в області цієї площадки, тобто потрібно виконання умови

(1)

При виконанні цієї умови графічного зображення електростатичних полів чисельне значення вектора напруженості буде пов'язане з густиною ліній напруженості. Тоді число ліній напруженості, що пронизують

елементарну площадку dS₀ нормаль n дорівнює яке утворить кут α с вектором Е

dФ = EdScosα , (2)

де величина dФ називається потоком вектора напруженості через площадку dS₀. Число ліній напруженості Ф, що пронизують деяку поверхню S, назвемо потоком вектора напруженості через цю поверхню. Для произ- вільної замкнутої поверхні S потік вектора Е крізь цю поверхню буде дорівнює

(3)

Для замкнутої поверхні прийнято вважати позитивним напрямок нормалі до елемента поверхні, що виходить із об'єму, що обмежується поверхнею. Тоді лінії напруженості, що виходять із об'єму, створять додатній потік Ф+, лінії, що входять в об'єм, створять негативний потік Ф−, а результуючий потік буде дорівнює алгебраїчній сумі цих потоків.

Теорема Остроградского-Гаусса: потік вектора напруженості електростатичного поля у вакуумі через довільну замкнуту поверхню рівна алгебраїчній сумі зарядівЮ що знаходяться всередині цієї поверхні.

(4)

Підготовка до роботи

3.1 Ознайомитись з інструкцією.

3.2 Опрацювати теоретичний матеріал за темою роботи

3.3 Ознайомитись з характеристиками електричного поля точкового заряду

3.4 Відповісти на контрольні питання.

3.5 Продумати методику виконання роботи.

3.6 Ознайомитись з правилами оформлення звітів і підготувати бланк звіту по даній роботі

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 237; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!