Міністерство освіти і науки
Державний вищий навчальний заклад “Київський національний економічний університет
Імені Вадима Гетьмана”
Кафедра вищої математики
Лабораторна робота №3
З дисципліни “Фізика ”
Тема: «Вивчення електричного поля»
Виконав студент
Паладій Владислав
101 групи
Факультет ІСІТ
Спеціальності 6101
Перевірив викладач
Бабинюк О. І.
Київ - 2013
Варіант 1
(q1 = -3, d = 5)
Мета роботи: вивчити основи закономірності в електричному полі і графічне зображення полів.
Хід роботи:
1. Дослідження поля одного точкового заряду.
1.1 У розділі «Електромагнетизм» обрати модель «Електричне поле точкових зарядів».
1.2 На панелі «Конфігурація вибрати опцію «один заряд», підвівши курсос та натиснувши на ліву клавішу миші.
1.3 Установити значення заряду q1 залежно від номера робочого місця.
1.4 На екрані вибрати опції: спочатку «силові лінії», потім «еквіпотенціальні поверхні». Вибрати одночасно обидві опції.
1.5 Підводячи курсор до всіх доступних еквіпотенціальних поверхонь виміряти Ei та ϕi, де і – номер еквіпотенціальної поверхні, рахуючи від заряду. Отримані дані занести до таблиці.
|
i |
ϕi * 10^3 B |
Ei * 10^3 B/м |
Ri, м |
|
1 |
8 |
3 |
2.66 |
|
2 |
23 |
19 |
1.21 |
|
3 |
37 |
51 |
0.72 |
|
4 |
51 |
98 |
0.52 |
|
5 |
69 |
177 |
0.38 |
|
6 |
80 |
238 |
0.33 |
1.6 Визначити значення радіусу еквіпотенціальних поверхонь за наближеною формулою R = ϕ/E, отримані розрахунки занести до таблиці.
1.7 Зробити висновок.
При наявності лише одного заряду у системі найбільші напруженість та потенціал знаходяться у точці знаходження заряду.
2. Дослідження поля двох точкових зарядів.
2.1 На панелі «Конфігурація» вібирати опцію «два заряди», підвівши курсор та натиснувши на ліву клавішу миші.
2.2 Установити значення заряду q1 як в п1.1, та відстань d.
2.3 Установити значення q2, розглянути випадки: 1)q2 = q1; 2) q2 = - q1; 3) q2 > q1;
2.4 Записати співвідношення між зарядами та замалювати картинку отриману на екрані в кожному з випадків.
q2/q1 = 1
q2/q1 = -1
q2/q1 = 1/3
2.5 Зробити висновок форми еквіпотенціальних поверхонь.
При однакових за знаком зарядах еквіпотенціальні поверхні деформуються, тягнучися до другого заряду. При різних за знаком зарядах вони деформуються, зменшуючи свій радіус з тієї сторони де знаходиться другий заряд. Якщо заряди різні не тільки за знаком, еквіпотенціальні поверхні можуть об’єднатися.
2.6 Для випадку q2 = q1 змінювати відстань між зарядами. Зробити висновок стосовно густини силових лінії ліній та радіусу еквіпотенціальних поверхонь.
Чим ближчі заряди один до одного, там густіші силові лінії і тим більший радіус еквіпотенціальних поверхонь і навпаки.
2.7 Встановити на екрані параметри: q2 = 5мкКл, d = 5м, q1 = 5мкКл. Рухаючи курсор вздовж лінії, яка з’єднує заряди, спостерігати як змінюється значення напруженості і потенціалу. Знайти точку де напруженість або (і) потенціал дорівнює нулю. Пояснити.
Напруженість дорівнює нулю у центрі лінії, що з’єднує 2 заряди. За принципом суперпозиції, напруженість у точці дорівнює сумі напруженості полів, утворених кожним з зарядів окремо. Так як заряди одного знаку, то напруженість кожного буде напрямлена від другого заряду. Тоді напруженості погашають одна одну між зарядами. І тому як заряди однакові за величиною, то напруженість системи дорівнює нулю рівно між ними. Потенціал не дорівнює нулю бо це скалярна величина.
2.8 Встановити значення q1 = 3мкКл і повторити дії з п.2.7.
Напруженість дорівнює нулю на лінії, що з’єднує 2 заряди, ближче до заряду що має меншу величину. За принципом суперпозиції, напруженість у точці дорівнює сумі напруженості полів, утворених кожним з зарядів окремо. Так як заряди одного знаку, то напруженість кожного буде напрямлена від другого заряду. Тоді напруженості погашають одна одну ближче до меншого заряду, бо він утворює меншу напруженість. Потенціал не дорівнює нулю бо це скалярна величина.
2.9 Встановити значення q1 = -3мкКл і повторити дії з п.2.7. Зробити висновки.
Потенціал у точці визначається за принципом суперпозиції потенціалів, тобто алгебраїчній сумі усіх потенціалів зарядів в даній точці. У даному випадку на лінії, що з’єднує заряди, потенціал буде дорівнювати нулю у точці, що ближче до меншого заряду. Напруженість на цій лінії не дорівнює нулю тому що при різних знаках при зарядах вона напрямлена від одного до іншого.
Контрольні запитання:
1. Чому еквіпотенціальні поверхні перпендикулярні до силових ліній?
Якщо переміщати заряд по еквіпотенціальній поверхні, то виконана робота буде дорівнювати нулю. Так як напрям дії сили на заряд збігається з напрямом напруженості і робота при переміщенні заряду може дорівнювати нулю тільки тоді, коли напрям переміщення перпендикулярний до напряму сили, що діє на заряд, силові лінії перпендикулярні до еквіпотенціальних поверхонь.
2. В чому полягає принцип суперпозиції електричних полів. Пояснити малюнком.
Напруженість точки у системи дорівнює векторній сумі всіх напруженостей зарядів системи.