Министерство образования и науки Российской федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный строительный университет»
Утверждено
на заседании кафедры физики
23 сентября 2011 г.
методические указания
к лабораторной работе № 30
Изучение графического способа
описания электростатического поля
Ростов-на-Дону
2011
УДК 53(075.8)
Методические указания к лабораторной работе № 30 «Изучение графического способа описания электростатического поля».- Ростов н/Д:
Рост. гос. строит. ун-т, 2011. – 10 с.
Методические указания содержат краткую теорию метода, порядок выполнения лабораторной работы, требования техники безопасности, требования к оформлению результатов, а также перечень контрольных вопросов и тестов.
Предназначены для выполнения лабораторной работы по программе курса общей физики для студентов всех специальностей РГСУ.
УДК 53(075.8)
Составители: проф. Н.Н. Харабаев,
проф. А.Н. Павлов
Рецензент доц. Ю.И. Гольцов
Редактор н.Е. Гладких
Темплан 2011 г., поз. ___
Подписано в печать ____). Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л 0,5. Тираж 100 экз. Заказ
Редакционно-издательский центр
Ростовского государственного строительного университета.
334022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162
© Ростовский государственный
строительный университет, 2011
Лабораторная работа № 30
Изучение графического способа описания электростатического поля
Цель работы: экспериментальное изучение электростатического поля и его графическое описание с помощью эквипотенциальных поверхностей и силовых линий.
Приборы и принадлежности: установка для изучения графического способа описания электростатического поля, состоящая из электролитической ванны с электродами, источника питания, двух зондов и нуль–индикатора (осциллографа).
Теоретическое введение
Основными
характеристиками электростатического
поля являются
напряженность
и
потенциал 
.
Напряженность
в
данной точке поля равна по величине
силе,
действующей
со стороны поля на пробный точечный
единичный положительный заряд 
,
помещенный в данную точку поля, а по
направлению совпадает с этой силой:
Понятие
потенциала 
для электростатического
поля следует из определения работы 
сил
электростатического поля по перемещению
пробного
точечного единичного положительного
заряда 
из одной точки в другую, а именно разность
потенциалов (
)
для точек (1) и (2) равна по величине работе
по
перемещению
заряда 
из точки
(1) в точку (2):
.
Если
принять, что потенциал 
в какой-либо точке поля равен нулю
(например, для поля точечного заряда
полагают потенциал равным нулю на
бесконечности, т.е. 
),
то можно определить абсолютное значение
потенциала в любой точке (1) следующим
образом:
.
Из приведенного определения потенциала электростатического поля следует, что работа поля по элементарному перемещению единичного положительного заряда равна по величине убыли потенциала поля при этом перемещении от одной точки к другой, т.е.
Этой работе 
может
быть сопоставлена убыль
потенциальной энергии
заряда
в электростатическом поле:
Отсюда
Из этого выражения следует еще одно определение потенциала электростатического поля:
разность потенциалов для двух точек электростатического поля численно равна разности потенциальных энергий единичного заряда в этих двух точках электростатического поля.
В
отличие от напряженности 
,
как силовой характеристики, потенциал
является
энергетической характеристикой поля.
Напряженность
и
потенциал 
электростатического поля связаны
между собой. Эта связь выражается
следующим образом:
,
где
+
+
,
+
+
.
Отсюда следует, что
.
Выражение
означает,
что проекция вектора 
на ось Ох
равна скорости убывания потенциала
вдоль
этой оси Ох.
Аналогичный смысл имеют выражения 
и
Из
соотношения 
следует,
что вектор напряженности 
направлен в сторону наибольшей скорости
убывания потенциала 
.
Электростатическое
поле может быть изображено графически
с помощью силовых
линий (линий напряженности поля) или с
помощью эквипотенциальных поверхностей.
Силовая линия – это такая линия,
касательная к которой в каждой точке
совпадает с направлением вектора
напряженности поля 
.
Эквипотенциальной называется поверхность,
являющаяся геометрическим местом точек
поля, имеющих равный потенциал. Силовые
линии и эквипотенциальные поверхности
в точках их пересечения взаимно
перпендикулярны. Это свойство дает
возможность по эквипотенциальным
поверхностям электрического поля
построить его силовые линии.
В данной лабораторной работе изучение графического способа описания электростатического поля основано на аналогичной возможности для электрического поля по экспериментальной найденным конфигурациям эквипотенциальных поверхностей проводить построение силовых линий этого поля.