Изучение характеристик электростатического поля

 

Рис.1 Электростатическое поле с эквипотенциальными и силовыми линиями с положительным и отрицательным электродами.       

Рис.2 Отрицательно заряженная плоскость и положительный электрод. 

        

  Рис.3  Электростатическое поле с эквипотенциальными и силовыми линиями с положительным и отрицательным электродами. 

     

Силовые линии на обоих  рисунках изображены неверно. Они должны начинаться на поверхности положительно заряженного тела перпендикулярно этой поверхности, плавной линией идти к отрицательному электроду, пересекая эквипотенциальные линии под прямым углом. Заканчиваются силовые линии на поверхности отрицательно заряженного тела перпендикулярно этой поверхности.

Рис.4 Отрицательно заряженная плоскость и положительный электрод.

Лабораторная  работа обязательно  должна завершаться  выводом. Без вывода работа считается  незаконченной. Можно, например, написать вывод примерно по такому образцу.

Исследовано электростатическое поле, созданное двумя  электродами: _________________________  формы и ___________________________ формы. Графически изображены сечения эквипотенциальных поверхностей с шагом 1 В от ____ В до ____В. Видно, что вблизи электродов эквипотенциальные линии ___________________________________________

________________________________, что позволяет сделать вывод о том, что металлические электроды 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 ____________________________, что соответствует теоретическим ожиданиям.

Вывод.

     В данной  лабораторной  работе проводилось исследование электростатического поля, в ходе которого получилось графическое изображение электрического поля при различных положениях электродов.

Графически изображены сечения эквипотенциальных поверхностей с шагом 1 В от 1 В до 10В. Видно, что вблизи электродов эквипотенциальные линии расположены чаще и принимают форму заряда это подтверждает  ,что металлические электроды являются эквипотенциальными поверхностями.                                  

Построенные силовые линии двух зарядов противоположного знака идут от одного заряда к другому и как бы стягивают их. Если в какой-либо точке пространства нет электрических зарядов, то через эту точку проходит только одна силовая линия. Таким образом, силовые линии непрерывны и не пересекаются. Произведены оценки величины напряженности  поля в трех точках. Полученные результаты говорят о том, что в областях, где силовые линии расположены гуще, величина напряженности поля  увеличивается, что соответствует теоретическим ожиданиям. 
 
 

5. Контрольные вопросы.

1. Дайте определение электростатического поля и его характеристик.

        Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то между ними возникнет кулоновское взаимодействие. Следовательно, в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовое поле, в данном случае электрическое поле, являющееся средой взаимодействия между зарядами. Так как рассматриваются неподвижные заряды, то поле, создаваемое ими, называется электростатическим.

       Напряженность электростатического поля в данной точке есть векторная физическая величина, определяемая силой, действующей со стороны поля на неподвижный единичный пробный заряд, помещенный в эту точку поля. Нужна формула и единицы измерения. 

Исправления:

Формула напряжённости электростатического  поля.

   Единица измерения напряженности электрического поля - В/м.  

         Электростатическое поле точечного заряда является потенциальным, следовательно потенциал в какой-либо точке электростатического поля есть физическая скалярная величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещенного в эту точку, а разность потенциалов двух точек электростатического поля – это физическая скалярная величина, определяемая работой, совершаемой кулоновскими силами при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую. Таким образом, потенциал – это физическая величина, определяемая работой по перемещению единичного положительного заряда из данной точки поля в бесконечность. Нужна формула и единицы измерения

Исправления:

Потенциал - скалярная величина, численно равная потенциальной энергии единичного точечного положительного заряда q , помещенного в данную точку поля: , Потенциал измеряется в вольтах: 1В= 1Дж/1Кл . 

2. Оцените величину силы, действующей на электрон, помещенный в некоторую точку исследуемого поля.

    Электрическое поле с напряженностью Е действует на электрон, находящийся в этом поле с силой

                                F   где

   Направление этой силы противоположно направлению вектора напряженности электрического поля. Работа, совершаемая этой силой при движении электрона в поле, будет сопровождаться изменением кинетической энергии электрона. На рис.4 поле изображено с помощью силовых линий. Показаны и силы, действующие на отрицательный и положительный заряды, помещенные в это поле. Они направлены по касательным к силовым линиям. В одном случае направление силы совпадает с направлением напряжённости, а в другом — противоположно ему.

Рис.4 Электростатическое поле с напряжённостью силовых линий

Это не входит в вопрос. Нужно было произвести расчет, используя  найденное в работе значение напряженности ("исследуемое  поле" – то, которое  Вы исследовали)

Исправления:

Сила, действующая  на электрон, помещенный в точку  А=(10,8), для электродов первого условия примерно равна:

Для второго  условия     
 
 
 

3. Рассчитайте  работу по перемещению электрона  между двумя точками в исследуемом  поле (точки выбираются произвольно). 

    Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда. Работа, необходимая для перемещения заряда Q между двумя точками, находящимися на расстоянии l –и имеющими разность потенциалов U, равна

                                   _{Ошибки в формуле} 

Работа   при   перемещении   заряда     из точки 1 в точку 2

  определяется только положениями начальной и конечной точек. Поле в данной работе создается не точечными зарядами, а протяженными заряженными телами ("исследуемое поле" – то, которое Вы исследовали)

Исправления:

Работа  по перемещению электрона от точки А=(1,1) до точки В=(19,15) для первого условия  равна:  

Для второго  условия:  
 
 
 

4. Могут  ли пересекаться линии вектора  напряженности электрического поля?

       Непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают с вектором напряженности, называются силовыми линиями электрического поля или линиями напряженности. Силовые линии имеют то же направление, что и напряжённость поля и не пересекаются, так как в каждой точке электрического поля вектор E имеет лишь одно направление.

Верно.

5. Могут  ли пересекаться эквипотенциальные  линии? Почему?

Эквипотенциальные линии (и поверхности) представляют собой геометрическое место точек  равного потенциала.                             

Свойства  эквипотенциальных поверхностей:

1. В каждой точке эквипотенциальной поверхности вектор напряженности поля перпендикулярен к ней и направлен в сторону убывания потенциала.

2. Работа по перемещению электрического заряда по одной и той же эквипотенциальной поверхности равна нулю.

Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного  заряда – концентрические сферы. В данной работе заряды не являются точечными. Эквипотенциальные поверхности не пересекаются. Они перпендикулярны силовым линиям. Это следует из того, что работа при перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю, в то время как действующая на заряд сила и сонаправленная с ней напряженность поля в общем случае отличны от нуля. Таким образом, вектор напряженности поля перпендикулярен любой линии на эквипотенциальной поверхности, т.е. нормален и самой поверхности.

Исправления:

    Эквипотенциальные поверхности с разными потенциалами не могут иметь общих точек. Если бы точка существовала то через неё прошёл бы точечный заряд с одной поверхности на другую, но это противоречит теории эквипотенциальных полей.