Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений. ЭКСПЕРИМЕНТ 1. Исследование поля точечного заряда

ИЗМЕРЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТ 1. Исследование поля точечного заряда

Закройте окно теории, нажав кнопку в правом верхнем углу внутреннего окна. Запустите эксперимент «Взаимодействие электрических зарядов».

Зацепив мышью, перемещайте заряд q₁ и зафиксируйте его вблизи левой границы экспериментального поля. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора величины первого заряда и установите величину заряда q₁ , указанную в таблице 2 для вашей бригады. Заряд q₃ поместите под первым, а его величину установите равной 0. Заряд q₂ установите равным 10^-8 Кл.

Перемещайте, нажав левую кнопку мыши, заряд q₂ вправо, устанавливая расстояния r₁₂ до первого заряда, указанные в таблице 1. Измеренные в данных точках значения Е₁=F₁₂ /q₂ занесите в соответствующую строку табл.1. Повторите измерения для трех других значений заряда q₁ из табл.2, записывая в табл.1 значения Е₂, Е₃ и Е₄.

ЭКСПЕРИМЕНТ 2. Исследование поля диполя

Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора величины второго заряда диполя (q₃ ) и зафиксируйте значение заряда, указанное в таблице 2 для вашей бригады, изменив знак на противоположный. Переместите заряд q₃ так, чтобы электрический момент диполя был вертикальным, а плечо диполя (L=r₁₃) было равно 10 см.

Перемещайте мышью заряд q₂ по линии, перпендикулярной оси диполя (горизонтально), удерживая левую кнопку мыши. На расстояниях r от оси диполя, указанных в таблице 1, измерьте и занесите значения Е₁=(F₁₂ /q₂) (L/r₁₂) в табл.3, аналогичную табл.1 (кроме второй строки, в которой здесь надо записать (1/r³)(м^-3)). Повторите измерения для трех других значений зарядов q₁ (и q₃) из табл.2, записывая в табл.3 значения Е₂, Е₃ и Е₄.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Вычислите и запишите в таблицы 1 и 3 значения для второй строки.

Постройте на одном листе графики зависимости напряженности ЭП (Е) точечного заряда от квадрата обратного расстояния (1/r²).

Постройте на втором листе графики зависимости напряженности ЭП (Е) на оси диполя от куба обратного расстояния (1/r³).

По тангенсу угла наклона графиков на каждом из двух листов определите постоянную, используя формулы для первого чертежа и для второго (для больших расстояний r).

Вычислите среднее значение электрической постоянной.

Запишите ответы и проанализируйте ответ и график.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что такое электрическое поле (ЭП)?

2. Назовите источники ЭП.

3. Перечислите и разъясните основные свойства заряда.

4. Какая сила действует между зарядами?

5. Дайте определение линии напряженности ЭП. Зачем их рисуют?

6. Запишите закон Кулона.

7. Запишите формулу для напряженности поля точечного заряда.

8. Сформулируйте принцип суперпозиции для ЭП.

9. Дайте определение потока ЭП.

10. Сформулируйте и запишите закон Гаусса для ЭП.

11. Что такое электрический диполь?

12. Запишите и разъясните формулу дипольного (электрического) момента.

13. Сформулируйте и запишите формулу для ЭП на оси диполя.

14. Что такое магнитный момент витка с током?

15. Какую форму имеет линия поля, проходящая через центр диполя?

16. Что такое потенциал ЭП и для чего он используется?

17. Что такое градиент?

литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2001. Гл.11, §§ 77-80.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000. Гл. 13.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике. Запустите программу. Выберите «Электричество и магнетизм» и «Цепи постоянного тока». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ стр.5 еще раз).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

* Знакомство с компьютерным моделированием цепей постоянного тока.

* Экспериментальное подтверждение законов Ома и Кирхгофа.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ (СИЛЫ) ТОКА .

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ: величина (сила) тока, текущего по однородному (в смысле отсутствия сторонних сил) металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике , где R - сопротивление проводника.

РЕЗИСТОРОМ называется устройство, обладающее заданным постоянным сопротивлением.

НАПРЯЖЕНИЕ НА РЕЗИСТОРЕ .

ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ

, где j₁ и j₂ - потенциалы концов участка Е₁₂ - э.д.с., действующая на данном участке цепи.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЗАМКНУТОЙ ЦЕПИ , где Е - суммарная э.д.с., действующая в цепи, R - суммарное сопротивление всей цепи.

РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПЬЮ называется электрическая цепь, имеющая узлы.

УЗЛОМ называется точка, в которой сходится более чем два проводника. Ток, текущий к узлу, принято считать положительным, а ток, текущий от узла, считается отрицательным.

ПЕРВОЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю = 0.

ВТОРОЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: в каждом из замкнутых контуров, которые можно мысленно выделить в данной разветвленной цепи, алгебраическая сумма падений напряжения равна алгебраической сумме э.д.с.

.

При анализе разветвленной цепи следует обозначать с одним индексом ток, протекающий по всем последовательно соединенным элементам от одного узла до другого. Направление каждого тока выбирается произвольно.

При составлении уравнений второго правила Кирхгофа токам и э.д.с. нужно приписывать знаки в соответствии с выбранным (как вам удобно) направлением обхода:

· ток принято считать положительным, если он совпадает с направлением обхода, и отрицательным, если он направлен против этого направления;

· э.д.с. считается положительной, если ее действие (создаваемый ею ток) совпадает с направлением обхода.

Количество уравнений первого правила Кирхгофа должно быть на одно меньше количества узлов в данной цепи. Количество независимых уравнений второго правила Кирхгофа должно быть таким, чтобы общее количество уравнений оказалось равным количеству различных токов. Каждый новый контур при этом должен содержать хотя бы один участок цепи, не вошедший в уже рассмотренные контуры.

МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

В данной лабораторной работе исследуется модель простейшей разветвленной электрической цепи, состоящей из трех источников э.д.с., подключенных параллельно к одному резистору (нагрузке).

Закройте окно теории. Внимательно рассмотрите рисунок, найдите все регуляторы и другие основные элементы и зарисуйте их в конспект.

Нарисуйте в конспекте эквивалентную схему цепи, расположив источники один под другим и учитывая наличие внутреннего сопротивления у каждого источника. Укажите знаки э.д.с., направления токов в каждом участке и направления обхода каждого замкнутого контура. Составьте систему уравнений для нахождения токов в каждом участке.