Файл: Изучение распределения потенциала в электростатическом поле.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 21
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство по развитию информационных технологий и коммуникаций Республики Узбекистан
ташкентский университет информационных технологий
Кафедра физики
Рабочая тетрадь
для лабораторных работ по физике
ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Ф. И. О. студента _______________________________________________
Группа ________________________________________________________
Ф. И. О. преподавателя _________________________________________
Tашкент-2022
ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Цель работы
В результате выполнения лабораторной работы студент должен:
-
знать смысл физических величин: потенциала напряженности градиента потенциала циркуляции вектора напряженности
; -
уметь практически находить распределение потенциала для заданной системы электрических зарядов теоретически связать напряженность электрического поля с потенциалом и определить напряженность для каждой точки поля по графику зависимости
Задание:
-
Изучить устройство и работу макета лабораторной установки -
Снять распределение потенциала между электродами и построить эквипотенциальные линии этого поля -
Изобразить электрическое поле графически с помощью линий напряженности (силовых линий) -
Построить график изменения потенциала вдоль оси между электродами -
Графически найти напряженность в указанной точке
Основные теоретические сведения и соотношения
Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим
Силы взаимодействия заряженных тел подчиняются закону Кулона: сила электростатического взаимодействия двух точечных электрических зарядов находящихся в вакууме прямо пропорциональна произведению q1 q2 этих зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними и
направлена вдоль соединяющей их прямой
(1)где F12 - сила действующая на заряд q1 со стороны заряда q2;
- радиус-вектор соединяющий заряд q2 с зарядом q1 
где - электрическая постоянная Закон Кулона можно записать в виде:
(2)Электростатическое поле является векторным и потенциальным В каждой точке это поле можно характеризовать вектором силы с которой поле действует на единичный положительный заряд и величиной потенциальной энергии которой обладает указанный заряд в этой точке поля
Напряженностью в какой-либо точке электрического поля называется вектор
численно равный силе с которой поле действует на единичный положительный заряд помещенный в эту точку поля и направленный в сторону действия силы(3)
Потенциалом данной точки электростатического поля называется отношение потенциальной энергии точечного заряда к величине заряда
(4)
Графически электростатическое поле можно изображать с помощью линий напряженности (силовых линий) и эквипотенциальных поверхностей
Силовой называется линия касательные к которой в каждой точке пространства совпадают с направлением вектора напряженности в данной точке поля Направление силовой линии совпадает с направлением вектора напряженности
Э
квипотенциальной поверхностью называется поверхность во всех точках которой потенциал имеет одинаковое значение Чем больше напряженность электрического поля тем гуще силовые линии Важным свойством электрических полей является принцип суперпозиции (наложения) полей состоящий в следующем: напряженность результирующего поля созданного системой зарядов равна векторной сумме напряженностей полей каждого заряда в отдельности
(5)И
з принципа суперпозиции полей вытекает закон алгебраического сложения потенциалов накладывающихся полей
Работа совершаемая силами электростатического поля при перемещении точечного заряда
из точки с потенциалом 
в точку с потенциалом 
равна
(7)При изучении электростатических полей надо знать разность потенциалов в каких-либо точках поля Работа сил поля при малом перемещении
заряда q равна:
(8)С другой стороны
(9)где
- проекция вектора 
на направление вектора пермещения Из формулы (7) следует что работа совершаемая при перемещении заряда по замкнутому пути L равна нулю
(10)Тогда из формулы (10) следует
(11)Интеграл
называется циркуляцией вектора напряженности Согласно (11) циркуляция вектора напряженности вдоль любого замкнутого контура равна нулю из чего следует что линии напряженности электростатического поля не могут быть замкнутыми
Из сопоставления выражений (8) и (9) имеем
или Таким образом напряженность электростатического поля равна по модулю и противоположна по направлению градиенту потенциала Знак “минус” означает что напряженность 
направлена в сторону убывания потенциалаПроекция вектора напряженности электростатического поля на произвольное направление численно равна быстроте убывания потенциала на единицу длины в этом направлении Если
направлен по касательной к эквипотенциальной поверхности то 
и то есть 
Следовательно линии напряженности перпендикулярны эквипотен-циальным поверхностям
Тренировочные задания:
1. Соедините линиями характеристики электростатического поля с соответствующими физическими величинами.
| характеристики электростатического поля | Физические величины |
| силовая энергетическая | потенциал напряженность эквипотенциальные поверхности напряжение разность потенциалов |
2. Впишите формулы-помощники, назовите входящие в них величины и укажите значение констант. Объясните, чем эти формулы могут помочь в решении наших задач.
Второй закон Ньютона:
__________________________
Закон всемирного тяготения
для двух точечных масс:
______________________________________________________________________________
Закон Кулона
для двух точечных зарядов:
____________________________________________________________________________________
3. Дайте письменные ответы на теоретические вопросы:
а) Что такое напряженность электростатического поля? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Единица измерения [_ ]
Б Что такое силовые линии?____________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
в) Дайте определение потока вектора напряженности? ____________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________
г) Что такое потенциал и разность потенциалов? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Единица измерения [_ ]
д)Эквипотенциальные поверхности?___________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________
е) В чем состоит принцип суперпозиции полей?_________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________
и)Поток вектора напряженности?_______________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Потенциал точек, лежащих на
третьей от центра окружности,
равен 36В. Найти потенциалы точек,
лежащих на других окружностях:
r1=1; r2=2; r3=3; r4=4; r5=5; r6=6.
| r | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| φ,B | | | 36 | | | |
5. Потенциал точки B, находящейся на
расстоянии 5 см от точечного ис-
точника поля, равен 36 В. Найдите,
на каком расстоянии от этого источ-
ника потенциалы равны 9 В и 180 В.
Проведите линии, соответствующие
этим потенциалам.
6. На рисунке изображено поле точечного заряда. Между какими точка-
ми нет напряжения (равно нулю), между какими точками оно одинаково,
а между какими максимальное?
| Между какими точками нет напряжения (равно нулю)? | |
| Между какими точками маси-мальное напряжение? | |
| Между какими точками на- пряжение одинаково? | |