 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ
| Экспериментальные результаты.
При выполнении лабораторной работы рассмотрены два варианта лабораторной установки. Вариант А.Электроды представляют собой два тонких кольца радиусом 1 см. Результаты измерений приведены в таблице 1. Графическое изображение эквипотенциальных поверхностей и силовых линий электрического поля приведено на рисунке 2. Таблица 1.
Оценим величину напряженности электрического поля в точках с координатами (4,8), (10,8) и (17,8). Из рисунка 2 видно, что электрическое поле обладает симметрией, поэтому его напряжённость в указанных точках вычислим по формуле (4):
где r- направление изменения электрического поля. Для этого произведём необходимые измерения, а полученные результаты сведём в таблицу 2. Таблица 2.
Вариант В.Электроды представляют собой отрицательно заряженную плоскость и положительно заряженное тонкое кольцо радиусом 1 см. Результаты измерений приведены в таблице 3. Графическое изображение эквипотенциальных линий и силовых линий электрического поля приведено на рисунке 3.
Таблица 3.
Оценим величину напряженности электрического поля в точках с координатами (4,8), (10,8) и (17,8). Из рисунка 3 видно, что электрическое поле обладает симметрией, поэтому его напряжённость в указанных точках вычислим по формуле (4):
где r- направление изменения электрического поля. Для этого произведём необходимые измерения, а полученные результаты сведём в таблицу 4. Таблица 4.
Вывод. В данной лабораторной работе исследованы электростатические поля, созданные двумя электродами, которые представляют собой два тонких кольца радиусом 1 см (вариант А) и отрицательно заряженную плоскость с положительно заряженным тонким кольцом радиусом 1 см (вариант В) соответственно. По результатам исследования графически изображены сечения эквипотенциальных поверхностей от 1 В до 9 В с шагом 1 Вольт. Видно, что вблизи электродов эквипотенциальные линии расположены гуще и стремятся к поверхности электродов, что позволяет сделать вывод о том, что металлические поверхности электродов являются эквипотенциальными поверхностями. Построены силовые линии электростатического поля, произведены оценки величины напряженности поля в трех точках. Полученные результаты говорят о том, что в областях, где силовые линии расположены гуще, величина напряженности поля возрастает, что соответствует теоретическим ожиданиям. 4. Контрольные вопросы. 1. Дайте определение электростатического поля и его характеристик. Поле, создаваемое неподвижными зарядами, называется электростатическим. Электростатическое поле в каждой точке пространства характеризуется двумя величинами: напряженностью и потенциалом. Напряжённость(векторная величина) - силовая характеристика поля, численно равная силе, действующей на единичный положительный точечный заряд, помещенный в данную точку поля. Потенциал (скалярная величина) - энергетическая характеристика электрического поля, численно равная потенциальной энергии единичного точечного положительного заряда, помещенного в данную точку поля. Поле, создаваемое неподвижными зарядами, называется электростатическим. Электростатическое поле в каждой точке пространства характеризуется двумя величинами: напряженностью и потенциалом. Напряжённостьэлектрического поляЕ (векторная величина) - силовая характеристика поля, численно равная силе, действующей на единичный положительный точечный заряд, помещенный в данную точку поля.
Вектор напряженности имеет направление, совпадающее с направлением вектора силы, действующей на заряд со стороны поля. Для наглядности электрическое поле изображается в виде силовых линий. Силовой линией называется кривая, касательные к которой в каждой точке совпадают по направлению с вектором напряженности электрического поля. Потенциал (скалярная величина) - энергетическая характеристика электрического поля, численно равная потенциальной энергии единичного точечного положительного заряда, помещенного в данную точку поля.
Практический смысл имеет не сам потенциал, а разность потенциалов Геометрическое место точек, у которых потенциалы равны, называется эквипотенциальной поверхностью. Вследствие равенства потенциалов, работа по перемещению электрического заряда
2. Оцените величину силы, действующей на электрон, помещенный в некоторую точку исследуемого поля.
где q1 – заряд, на который действует сила Отсюда: Оценим величину силы, действующей на электрон, помещённый в точку поля с координатами (10;8). Вариант А:
Вариант В:
3. Рассчитайте работу по перемещению электрона между двумя точками в исследуемом поле (точки выбираются произвольно). При перемещении электрического заряда в электростатическом поле работа сил поля равна произведению заряда на разность потенциалов начальной и конечной точек траектории движения заряда.
Рассчитаем работу по перемещению электрона из точки А поля в точку В для варианта 1. Таблица 5.
Рассчитаем работу по перемещению электрона из точки А поля в точку В для варианта 2. Таблица 6.
4. Могут ли пересекаться линии вектора напряженности электрического поля? Силовые линии начинаются у положительных зарядов (либо в бесконечности) и оканчиваются у отрицательных зарядов (либо в бесконечности). Силовые линии непрерывны и не пересекаются, т.к. в каждой точке поля вектор Е имеет лишь одно направление. 5. Могут ли пересекаться эквипотенциальные линии? Почему? Эквипотенциальные линии не пересекаются. Если бы они пересеклись, то в точке пересечения имелось бы два разнонаправленных вектора 6. Какое ускорение приобретает электрон, двигаясь по эквипотенциальной линии? Т.к. электрон движется по эквипотенциальной линии, следовательно, работа электростатического поля по его перемещению равна нулю. Электрон приобретает только центростремительное ускорение. 12 |
, 
(4)
.
, 
, 
между различными точками поля. Поэтому, когда говорят о потенциале в данной точке поля, то имеют в виду разность потенциалов между этой точкой и точкой, потенциал которой условились считать нулевым.
по эквипотенциальной поверхности равна нулю.
,
.
.
.
Дж
Дж
. Но в каждой точке поля вектор Е имеет лишь одно направление. Следовательно, эквипотенциальные линии, как и силовые линии, нигде не пересекаются между собой. Кроме того, в случае пересечения эти эквипотенциальные поверхности, имеющие разные потенциалы, в точке пересечения должны будут иметь потенциал этой точки, что противоречит определению эквипотенциальных линий.