Московский автомобильно - дорожный институт

( Государственный технический университет)

Волжский филиал

Журнал- отчет

о выполнении лабораторных работ по физике

Электричество.

Магнетизм.

Выполнил:

студент ______________________________

группа _______________________________

факультет____________________________

бригада_____________________________

Защита:____________________________________________

Чебоксары- 2011

Лабораторная работа №1

Электрическое поле точечных зарядов.

Цель работы:

• Моделирование электрического поля точечных зарядов.

• Экспериментальное определение величины электрической постоянной

Краткая теория:

В электростатике рассматриваются свойства и закономерности неподвижно распределенных электрических зарядов, а также явления, происходящие в телах под воздействием этих зарядов.

Точечным зарядом называется заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми оно взаимодействует.

Электрическое поле – это вид материи, посредством которого осуществляется силовое воздействие на электрические заряды, находящиеся в этом поле.

К свойствам электрического заряда можно отнести следующие: аддитивность, инвариантность, дискретность, существование заряда в двух видах, закон сохранения электрического заряда.

Закон взаимодействия электрических зарядов был экспериментально установлен в 1785 г. французским физиком Кулоном. В СИ закон Кулона выражается соотношением:

, где - электрическая постоянная, и - величины взаимодействующих точечных зарядов, - расстояние между ними.

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называется электростатическим.

Основным свойством электрического поля является то, что находящуюся в этом поле заряженную частицу действует некоторая сила. Силовой характеристикой электрического поля является напряженность.

Напряженность электрического поля есть вектор, равный отношению силы, действующей в данной точке поля на положительный точечный заряд, к величине этого заряда.

Электрическое поле удовлетворяет принципу суперпозиции: напряженность поля, создаваемого системой зарядов, равна векторной сумме напряженностей, создаваемых каждым зарядов в отдельности:

Во многих случаях оказывается полезным графическое представление электростатических полей, для чего вводятся линии напряженности или силовые линии, т.е. линии, которые в каждой своей точке являются касательными к вектору напряженности, а их густота (плотность) пропорциональна величине напряженности.

Электрическим диполем называется система, состоящая их двух равных по модулю, но противоположных по знаку, точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя L).

Дипольным моментом называется произведение электрического заряда диполя на его плечо:

Эксперимент 1. Исследование поля точечного заряда

Порядок выполнения работы:

1. Откройте в разделе «Электричество и магнетизм» программу « Взаимодействие электрических зарядов».

2. Разместите первый заряд вблизи левой границы экспериментального поля и установите значение первого заряда

3. Установите заряд , расположив его под первым зарядом.

4. Установите значение второго заряда. Оно не меняется в течение всех опытов и равно = .

5. Перемещайте заряд вправо, устанавливая расстояния до первого заряда, указанные в таблице.

6. Занесите в таблицу значение полученных сил и напряженностей, вычисленных по формуле:

7. Повторите измерения для других значений зарядов. Для вашей бригады значения зарядов:

r,(см)	20	30	40	50	60	70	80	90	100
,
,

8. Постройте график зависимости напряженности ЭП точечного заряда от квадрата обратного расстояния ( ).

9. Рассчитайте электрическую постоянную для всех графиков, используя формулу:

9. Найдите среднее значение электрической постоянной .

Эксперимент 2 « Исследование поля диполя.»

1. Расположите заряд под зарядом на расстоянии и установите его значение равным , но с противоположным знаком. Получилась система, называемая диполем, электрический момент которого вертикален.

2. Перемещая заряд по оси диполя и фиксируя расстояния, данные в таблице, занесите в таблицу значения F и Е.

Значение Е рассчитывается по формуле: ,

3. Повторите измерения для трех других значений зарядов (значения из 1 эксперимента), записывая данные в таблицу.

	20	30	40	50	60	70	80	90	100
,
,
,
,

4. Постройте график зависимости напряженности ЭП на оси диполя от куба обратного расстояния ( ).

5. По тангенсу угла наклона графика для второго чертежа рассчитайте значение , используя формулу: , где . Плечо диполя .

6. Найдите среднее значение электрической постоянной:

6. Сделайте выводы, сравнив табличное значение электрической постоянной с полученными значениями. Проанализируйте графики.

Выводы:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы и задания для самоконтроля:

1. Дайте определение электрического поля.

2. Что может быть источником электростатического поля?

3. Какой заряд называется точечным?

4. Назовите основные свойства зарядов.

5. Запишите закон Кулона для взаимодействия точечных зарядов в вакууме и в среде.

6. Что называется силовой линией ЭП?

7. Что называется напряженностью ЭП? Как она определяется?

8. В чем заключается принцип суперпозиции электрических полей?

9. Что называется электрическим диполем?

10. Запишите формулу электрического момента диполя.

11. Чему равно значение электрической постоянной?