ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ (10 класс)

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 ε₀.

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

1. Постройте на одном листе миллиметровой бумаги (формат А4) графики зависимости напряженности ЭП (Е_i, i=1,2,3) точечного заряда от квадрата обратного расстояния (1/r²).

2. Определите тангенс угла наклона каждого из трех графиков E(1/r²) как отношение ΔE/Δ(1/r²)¹.

3. По тангенсу угла наклона графиков на каждом из двух листов определите электрическую постоянную, используя формулы (для больших расстояний r).

4. Вычислите среднее значение электрической постоянной, абсолютную и относительную погрешности измерений.

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

1. Что такое электрическое поле (ЭП)?

2. Назовите источники ЭП. Перечислите основные свойства заряда.

3. Какая сила действует между зарядами? Закон Кулона.

4. Напряженность ЭП и ее силовые линии.

5. Сформулируйте принцип суперпозиции для ЭП.

6. Запишите формулу для напряженности поля точечного заряда.

7. Потенциал ЭП, эквипотенциальные поверхности.

8. Принцип суперпозиции для потенциалов ЭП.

9. Связь между напряженностью и потенциалом ЭП.

10. Электрический диполь, его поведение в однородном и неоднородном ЭП.

11. Движение заряженных частиц в ЭП.

12. Вещество в ЭП (проводники, диэлектрики, полупроводники).

13. Диэлектрическая проницаемость.

14. Электроемкость. Конденсаторы, их параллельное и последовательное соединение.

15. Энергия и плотность энергии ЭП.

1При 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 tgα=a.

1