ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ (10 класс)

Лабораторная работа №1ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮЕРНЫХ МОДЕЛЕЙЦель работы: Знакомство с электрическими полями точечных зарядов и их физическими характеристиками.
Приборы и принадлежности: компьютер и программа «Открытая физика», миллиметровая бумага формата А4.
Теоретическое обоснование эксперимента.
Напряженность электрического поля (ЭП), создаваемого точечным зарядом q, есть векторная величина, обозначаемая символом и определяемая соотношением E=14πε0∙qr2. (1.1)
Следовательно, зависимость E(1r2) будет прямо пропорциональной. Поэтому по наклону данного графика можно определить коэффициент пропорциональности, а значит, и ε0.
Проведение измерений
В программе «Открытая физика - 2» откройте параграф 1.1 темы Электрическое поле (глава 1: Электродинамика), модель « Взаимодействие точечных зарядов». Чтобы «исключить» заряд q3, введите значение q3=0. Затем перемещайте заряд q1 и зафиксируйте его вблизи левой границы экспериментального поля. Установите величину этого заряда по указанию преподавателя. Заряд q2 установите равным 10 ─ 8 Кл. Перемещая заряд q2 вправо, устанавливайте расстояния r12 до первого заряда, указанные в таблице 1.1. Измеренные в данных точках значения Е1=F12 /q2 занесите в соответствующую строку табл.1.1. Повторите измерения для двух других значений заряда q1 (по указанию преподавателя), записывая в табл.1.1 значения Е2 и Е3.
Обработка результатов
Постройте на одном листе миллиметровой бумаги (формат А4) графики зависимости напряженности ЭП (Еi, i=1,2,3) точечного заряда от квадрата обратного расстояния (1/r2).
Определите тангенс угла наклона каждого из трех графиков E(1/r2) как отношение ΔE/Δ(1/r2).
По тангенсу угла наклона графиков на каждом из двух листов определите электрическую постоянную, используя формулы (для больших расстояний r).
Вычислите среднее значение электрической постоянной, абсолютную и относительную погрешности измерений.

Выводы
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Таблица 1.1
q3=0
q2=10-8
(Кл) r12
(см) 20 30 40 50 60 70 80 90 100
(Кл/В.м) ,

r12
(м) 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1/
(м-2) q1= F12(Н) Е1() q1= F12(Н) Е2() q1= F12(Н) Е3() Контрольные вопросы
Что такое электрическое поле (ЭП)?
Назовите источники ЭП. Перечислите основные свойства заряда.
Какая сила действует между зарядами? Закон Кулона.
Напряженность ЭП и ее силовые линии.
Сформулируйте принцип суперпозиции для ЭП.
Запишите формулу для напряженности поля точечного заряда.
Потенциал ЭП, эквипотенциальные поверхности.
Принцип суперпозиции для потенциалов ЭП.
Связь между напряженностью и потенциалом ЭП.
Электрический диполь, его поведение в однородном и неоднородном ЭП.
Движение заряженных частиц в ЭП.
Вещество в ЭП (проводники, диэлектрики, полупроводники).
Диэлектрическая проницаемость.
Электроемкость. Конденсаторы, их параллельное и последовательное соединение.
Энергия и плотность энергии ЭП.