Материал: Лабораторная работа 2 изучение характеристик электростатического поля проверил

Рис. 2

Координаты точек для расчета возьмем из условий задания, а именно:

А (3,8), B (10, 8), С (16,8).

;

;

;

Величину силы, действующей на электрон, помещенный в каждую из этих точек найдем по формуле: ;







Вывод: из формулы

вектор напряженности электрического поля направлен в сторону, противоположную максимальному возрастанию потенциала.

С помощью определения направления силовых линий по полярности электродов ванны мы подтвердили данное утверждение, так как силовые линии, сформированные у "+" заряда, направлены по радиусу к "-" заряду.

Оба способа дают идентичные результаты.

4. 
   Контрольные вопросы
   

1. 
   Дайте определения электростатического поля и его характеристик (ответ сопроводите соответствующими формулами).
   

Ответ: Электростатическое поле - поле, созданное неподвижными в пространстве и неизменными во времени электрическими зарядами.

Основные характеристики электростатического поля: напряженность и потенциал.

Напряжённость электрического поля (E) - векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы F_k, действующей на неподвижный точечный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q_пр:



Напряженность электростатического поля в данной точке - векторная физическая величина, определяемая силой, действующей со стороны поля на неподвижный единичный пробный заряд, помещенный в эту точку поля.

Вектор напряженности электрического поля перпендикулярен эквипотенциальной поверхности и направлен в сторону уменьшения потенциала.

Потенциал - энергетическая характеристика электрического поля, указывающая на способность поля перемещать заряды в пространстве. Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда:

;

2. 
   Изобразите силовые линии и эквипотенциальные линии поля точечного заряда.
   

3. 
   Оцените величину силы, действующую на электрон, помещенный в некоторую точку вашего исследуемого поля. Укажите направление вектора силы.
   

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

;

Для варианта №1

,8);

;

Н



;

Н

4. 
   Рассчитайте работу по перемещению электрона между двумя точками в исследуемом поле (Точки указать на чертеже с изображением эквипотенциальны линий и силовых линий).
   

Для варианта №1



Ответ: возьмем точку А (3,8) и B (10, 8)

;



Для варианта №2

;



5. Сформулируйте теорему Гаусса для электростатического поля.

Ответ: поток вектора напряженности электростатического поля через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, расположенных внутри этой поверхности, деленной на электрическую постоянную.

Уравнение Гаусса имеет вид: ;

6. С помощью теоремы Гаусса и формулы (14) докажите, что потенциал внутри замкнутого проводника, помещенного в электрическое поле, постоянен.

Ответ: Формула №14:

Выразим из этой формулы

;

Внутри проводника , а значит что , из чего делаем вывод, что потенциал внутри замкнутого проводника, помещенного в электрическое поле постоянен.

7. Докажите, что силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Ответ: По определению, в эквипотенциальной поверхности все точки имеют одинаковые значения потенциала. Так как все точки имеют одинаковый потенциал, работа равна нулю. В то же время, работа пропорциональна косинусу угла между перемещением и силой, а отсюда следует, что сила, а значит и напряженность, всегда перпендикулярна к эквипотенциальной поверхности. Отсюда делаем вывод

, что силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.