Изучение электростатического поля
.docxМинистерство науки и высшего образования
Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
Учреждение высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра физики
ОТЧЕТ
Лабораторная работа по курсу общей физики
Изучение электростатического поля
Проверил. Выполнили
Преподаватель Студенты гр. 120-1
___________ Палешева Е.В. ___________ Бормотов Е.Д.
___________ Дашеев Ц.А.
Томск 2020
ВВЕДЕНИЕ
Целью данной работы является изучение электростатического поля зондовым методом и построение графической картины поля.
1 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Схема экспериментальной установки.
1 – Источник питания; 2 – вольтметр; 3 – измерительный зонд;
4 – токопроводящая бумага; 5 – электроды
В работе используется метод моделирования – изучения электростатического поля путем создания другого эквивалентного ему поля постоянного во времени электрического тока.
Устанавливая потенциал зонда через некоторый интервал, прокалываем проводящую бумагу и листы в точках с потенциалом, равным потенциалу зонда. С помощью полученных точек проводим линии равного потенциала, по которым строим силовые линии электростатического поля. В заданной преподавателем точке поля находим его напряженность и силу, действующую на определенный заряд.
2 ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Напряженность поля в точке рассчитывается по формуле:
,
(2.1)
Где
– разность потенциалов между соседними
эквипотенциальными линиями;
расстояние
между линиями;
Сила, с которой действует электростатическое поле на заряженную частицу рассчитывается по формуле:
,
(2.2)
Где E – напряженность поля в данной точке;
q – заряд;
Относительная
погрешность
определяется по формуле:
(2.3)
Относительная погрешность напряженности рассчитывается по формуле:
,
(2.4)
Где
- относительная погрешность измерения
напряженности;
ε(
)
– относительная погрешность измерения
расстояния;
Абсолютная погрешность измерения напряженности рассчитывается по формуле:
(2.5)
3 РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Результатом данного эксперимента служит картина силовых линий поля (рисунок 3.1). На ней изображены эквипотенциальные линии и ортогональные к ним силовые линии электростатического поля. В таблице 3.1 приведены экспериментальные данные:
Рисунок 3.1 – Картина силовых линий поля.
Таблица 3.1 – Результаты прямых и косвенных измерений
Потенциалы эквипотенциальных линий |
Дополнительные расчетные данные |
Φ1 = 0 В |
|
Ф2 = 1.5 В |
|
Ф3 = 3.2 В |
|
Ф4 = 4.6 В |
|
Ф5 = 6.2 В |
|
Ф6 = 7.5 В |
|
Ф7 = 9.1 В |
|
Ф8 = 10.5 В |
|
Ф9 = 12 В |
|
Ф10 = 14.6 В |
|
Рассчитаем значения максимальной и минимальной напряженности поля по формуле 2.1
Рассчитаем значения силы в точках с максимальной и минимальной напряженности поля по формуле 2.2
Определим
относительную погрешность
по формуле 2.3
Определим
относительную погрешность
по формуле 2.4
.
Определим абсолютную погрешность по формуле 2.5.
.
Определим
относительную погрешность
по формуле 2.3
.
Определим относительную погрешность по формуле 2.4
.
Определим абсолютную погрешность по формуле 2.5.
.
Дополнительное задание
Рассчитаем напряженность в точке поля по формуле 2.1
.
Определим относительную погрешность по формуле 2.3
Определим относительную погрешность по формуле 2.4
.
Определим абсолютную погрешность по формуле 2.5.
.
Определим силу в точке поля:
Заключение
В ходе эксперимента при помощи метода зондирования была построена картина электростатического поля, определены максимальная и минимальная напряженности поля, рассчитаны значения силы в точках с максимальной и минимальной напряженности поля, в точке поля, определена напряженность в точке поля.
=
-65 ± 8.23
.
= -650 ± 334.75
Напряженность в точке поля:
.
Сила в точке поля:
