ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.08.2019
Просмотров: 9456
Скачиваний: 23
16
Для этого определим число силовых линий Ф, которые фактически
должны пересекать произвольную замкнутую поверхность, внутри
которой находится электрический заряд q = 1мкКл. По теореме
Остроградского-Гаусса (6.8) имеем:
5
12
6
0
10
13
,
1
10
85
,
8
10
1
q
Ф
В·м, (6.19)
где q суммарный заряд, находящийся внутри нашей поверхности.
Откройте окно опыта. В нижнем правом прямоугольнике
«Конфигурация» щѐлкните мышью на кнопке «Один заряд». Зацепив
мышью, перемещайте движок регулятора величины заряда и
установите значение q
1
= +1мкКл. Подсчитайте число силовых линий
0
, выходящих из заряда. Их должно быть 6. Следовательно, силовая
линия в плоской компьютерной модели опыта соответствует
4
5
0
0
10
88
,
1
6
10
13
,
1
Ф
Ф
N
(6.20)
линиям реального трѐхмерного кулоновского поля.
Таким образом, чтобы вычислить поток Ф поля произвольного
суммарного заряда, надо, во-первых, сосчитать число силовых линий
Ф
+ ,
выходящих из контура, и число силовых линий Ф
–
, входящих в
контур. Во-вторых, получить значение полного потока по формуле:
Ф = (Ф
+
– Ф
–
) N
0
.
(6.21)
На основании таких допущений и оценок создаѐтся возможность
экспериментальной проверки теоремы Остроградского-Гаусса с
помощью
графического
компьютерного
моделирования
электростатических полей в данной лабораторной работе.
Порядок выполнения работы.
Запустить программу, подведя маркер мыши под значок "Открытая
физика.1.1" на рабочем столе компьютера и дважды щѐлкнув левой
кнопкой мыши. Выбрать раздел «Электричество и магнетизм» и
«Электрическое поле точечного заряда».
Рассмотреть внимательно схему опыта. Подведя маркер мыши к
любому рычажку несколько раз изменить расстояние между зарядами
и величину самих зарядов, наблюдая, как при этом изменяется картина
электростатического поля в вакууме.
Зарисовать любую картинку в свой конспект лабораторной работы.
Дописать, если необходимо, нужные формулы (кнопка с изображением
страницы служит для вызова теоретических сведений).
17
Упражнение 1.
Изучение электростатического поля постоянного
пространственного распределения переменного заряда
внутри замкнутой поверхности.
1. Нажать мышью кнопку «Два заряда» в нижнем правом
прямоугольнике «Конфигурация».
2. Зацепив мышью, переместить движок регулятора первого заряда
до установления значения заряда, заданного вашей бригаде.
3. Аналогичным образом установить заданное расстояние d между
зарядами.
4. Установить мышью на кнопке «Силовые линии» галочку.
5. Установить величину второго заряда из таблицы 6.2. Подсчитать
число силовых линий, Ф
–
входящих и Ф
+
выходящих через границы
замкнутого контура, которым в нашем эксперименте будет являться
прямоугольная рамка окна опыта. При этом необходимо внимательно
смотреть за направлением стрелок на силовых линиях поля. Записать
эти данные в табл.6.2.
Таблица 6.2
q
1
= _____ мкКл , d =_____м .
6. Вычислить по формуле (6.21) значение Ф и занести в табл.6.2.
7. Последовательно устанавливая величину второго заряда q
2
= (–2,
–1, 0, +1,+2) мкКл, выполнить п.п. 5,6 ещѐ пять раз.
8. Вычислить величину суммарного заряда q по формуле
q = q
1
+ q
2
и заполнить нижнюю строку табл.6.2.
9. Построить по данным табл.6.2 график зависимости потока
вектора напряжѐнности Ф от величины суммарного заряда q.
10. Определить угловой коэффициент наклона k полученной
прямой по двум любым точкам А и В для каждого графика
A
B
А
В
q
q
Ф
Ф
k
(6.22)
согласно (6.19) определить электрическую постоянную
0
по формуле
q
2
= –2 мкКл q
2
= –1 мкКл q
2
= 0 мкКл
q
2
= +1 мкКл q
2
= +2 мкКл
Ф+ Ф Ф Ф
+
Ф Ф Ф
+
Ф Ф Ф
+
Ф Ф Ф
+
Ф Ф
q = мкКл q = мкКл q = мкКл q = мкКл q = мкКл
18
k
1
0
.
(6.23)
Упражнение 2.
Исследование зависимости потока вектора напряженности
электростатического поля от расстояния между зарядами.
1. Установить заданные для вашей бригады значения q
1
и q
2
.
2. Установить минимальное расстояние между зарядами d = 2 м и
на экране окна эксперимента подсчѐтом определить числа Ф
+
выходящих и Ф входящих силовых линий. Занести результаты в
табл.6.3.
Таблица 6.3
q
1
= _____мкКл, q
2
= ______мкКл .
d = 2 м
d = 2,5 м
d = 3 м
d = 3,5 м
d = 4 м
d = 4,5 м
Ф
+
Ф Ф Ф
+
Ф Ф Ф
+
Ф Ф Ф
+
Ф Ф Ф
+
Ф Ф Ф
+
Ф Ф
3. Последовательно увеличивая расстояние между зарядами с
шагом 0,5м, выполнить п. 2 ещѐ пять раз.
4. По данным таблицы 6.3 построить график зависимости потока
вектора напряжѐнности Ф от расстояния между зарядами d .
5. По всем построенным в лабораторной работе графикам провести
анализ результатов и сделать выводы.
6. Оценить погрешность проведенных измерений.
Контрольные вопросы
1. Как в этой работе вычисляется поток вектора напряжѐнности по
плоской компьютерной модели?
2. Как в этой работе проверяется справедливость теоремы
Остроградского-Гаусса?
3. Объяснить графики, полученные в данной работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 74
Электронный осциллограф
Цель работы: изучение параметров гармонических сигналов с
использованием электронного осциллографа.
19
Методика измерений и экспериментальная установка
Электронный
осциллограф
служит
для
наблюдения
функциональной связи между двумя или более величинами
(электрическими или преобразованными в электрические).
Он предназначен для исследования электрических сигналов в
диапазоне частот от 0 до 5 МГц, амплитудой от 0,02 до 120 В.
Основными элементами осциллографа являются: электронно-лучевая
трубка, генератор развертки, усилители отклоняющих пластин, блок
питания.
Электронно-лучевая трубка
В электронно-лучевой трубке для световой индикации используется
узкий электронный пучок. Электронно-лучевая трубка представляет
собой стеклянную колбу, откачанную до высокого вакуума (рис.6.8).
Внутри нее расположены электронная пушка 1, две пары отклоняющих
пластин 2 и флюоресцирующий экран 3.
Электронная
пушка
предназначена
для
создания
сфокусированного электронного пучка и состоит из следующих
элементов:
а) катода косвенного накала, испускающего при нагревании
электроны;
б) управляющего электрода, имеющего отрицательный потенциал
относительно катода. Изменяя потенциал управляющего электрода,
можно регулировать количество вылетающих из электронной пушки
электронов, то есть яркость пятна на экране трубки;
Рис. 6.8
Управляющий
электрод
1
3
2
2
Катод
Аноды
20
в) первого фокусирующего и второго ускоряющего анодов.
Потенциал первого анода в несколько раз меньше потенциала второго
анода. Аноды имеют форму цилиндров с перегородками, в центре
которых сделаны отверстия. Перегородки служат для улавливания
электронов, не удовлетворяющих условиям фокусировки.
Рассмотрим фокусирующее действие электрических полей на
примере поля между первым и вторым анодами. Характер его показан
эквипотенциальными кривыми на рис.6.9. Поле сосредоточено в
основном у щели между цилиндрами.
Предположим, что электрон влетает в поле слева направо под углом
к оси цилиндров. Пока он пролетает зазор между цилиндрами, поле
сообщает ему ускорение вдоль оси, и в то же время отклоняет его
сначала вниз, а потом вверх. Следовательно, в полях, обращенных
выпуклостями эквипотенциальных поверхностей к катоду, электроны
при своем движении будут собираться к горизонтальной оси (действие
таких полей похоже на действие собирающих линз). В полях,
выпуклость эквипотенциальных поверхностей которых имеет
противоположное направление, электроны будут расходиться от
горизонтальной оси (действие таких полей похоже на действие
рассеивающих линз).
Отклоняющие пластины. На пути к экрану электронный пучок
проходит между двумя парами отклоняющих пластин. Напряжения,
приложенные к пластинам, создают между ними электрические поля,
которые отклоняют электронный луч и перемещают светящееся пятно
по экрану. Горизонтально расположенные пластины отклоняют луч по
вертикали (вдоль оси Y), а вертикально расположенные – по
горизонтали (вдоль оси Х).
Установим связь между напряжением u на пластинах А и В и
величиной смещения пятна на экране (рис.6.10).
F
n
F
F
F
F
E
E
Рис. 6.8
Второй анод
Первый анод
n
F
Рис. 6.9