Результаты работы и их анализ
Отчет по лабораторной работе
по дисциплине: «Физика»
на тему «Изучение электростатического поля
точечных зарядов»
Выполнил студент
2-го курса
группы 2751б:
Логинов А.В.
Проверил:
доцент Ли М. М.
г. Ханты-Мансийск
2016г.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является:
- знакомство с компьютерным моделированием электрического поля точечных зарядов;
- экспериментальное подтверждение закономерностей для электрического поля точечного заряда и электрического диполя;
- экспериментальное определение величины электрической постоянной.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Два точечных заряда и взаимодействуют в вакууме между собой с силой, величина которой определяется законом Кулона:
, (2.1) где
r – расстояние между зарядами,
- электрическая постоянная.
Напряженностью электрического поля в некоторой точке называется векторная величина
, (2.2)
(2.3)
где
- сила, действующая на пробный заряд , помещенный в данную точку поля.
Обозначим
= , (2.4)
= .
Подставим (2.1) и (2.4) в (2.3)
. (2.5)
Справедливость закона (2.5) можно проверить, построив экспериментально линеаризованный график зависимости
. (2.6)
Электрический диполь представляет собой два жестко связанные между собой точечные заряды равные по величине и противоположные по знаку (рис. 2.1),
Рис. 2.1 – Электрический диполь
При этом
, (2.7)
- расстояние между зарядами диполя.
Электрическим дипольным моментом называется векторная величина
(2.8)
(2.9)
Поместим пробный заряд на прямой, перпендикулярной оси диполя и проходящей через середину расстояния между зарядами диполя (рис. 2.2),
Рис. 2.2 – Электрический диполь и пробный точечный заряд
На пробный заряд действует сила
(2.10)
(2.11)
Модуль силы равен
, (2.12)
Здесь - расстояние от зарядов диполя до точечного заряда.
На линии, проходящей через центр диполя, перпендикулярно его оси и на большом расстоянии от его центра, в случае, когда выполняется условие величина напряженности электрического поля равна
(2.13)
где
– электрический дипольный момент
Справедливость закона (2.13) проверяется построением экспериментального линеаризованного графика
. (2.14)
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Эксперимент 1.
Напряженность электрического поля вычисляется по формуле
, (3.1.1)
(3.1.2)
где
– сила взаимодействия двух точечных зарядов и ,
- пробный заряд,
Угловой коэффициент графика зависимости равен
, (3.1.3)
Отсюда следует, что электрическая постоянная равна
. (3.1.4)
Абсолютная погрешность равна
, (3.1.5)
где
- расстояние между зарядами,
- абсолютная погрешность измерения расстояния между зарядами,
.
Эксперимент 2.
Напряженность электрического поля вычисляется по формуле
, (3.2.1)
, (3.2.2)
где
– сила взаимодействия двух точечных зарядов и ,
- пробный заряд,
- расстояние между зарядами диполя,
- расстояние между зарядами и .
Угловой коэффициент графика равен
, (3.2.3)
Отсюда следует, что электрическая постоянная равна
. (3.2.4)
Абсолютная погрешность равна
, (3.2.5)
где
- расстояние между зарядами,
- абсолютная погрешность измерения расстояния между зарядами,
.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Вариант 1.
Таблица 4.1. Результаты измерений (эксперимент 1):
| 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | Примечание | ||
| 11,111 | 6,25 | 2,777 | 2,04 | 1,563 | 1,235 | |||||
Таблица 4.2. Результаты измерений (эксперимент 2):
| 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | Примечание | ||
| 37,037 | 15,625 | 4,629 | 2,915 | 1,953 | 1,371 | |||||
| 46,5 | 5,5 | 2,8 | 1,667 | 0,75 | 0,444 | 0,4 |
Таблица 4.3. Результаты измерений погрешностей:
| 1,250 | 0,370 | 0,156 | 0,080 | 0,046 | 0,029 | 0,020 | 0,014 | 0,010 | |
| 9,375 | 1,852 | 0,586 | 0,240 | 0,116 | 0,062 | 0,037 | 0,023 | 0,015 |
Таблица 4.4:
| 1 эксперимент | 359,971 | |
| 8,847* | ||
| 2 эксперимент | 137,659 | |
| 2,313* |
ВЫЧИСЛЕНИЯ
Эксперимент 1:
1)
2)
3)
4)
Эксперимент 2:
1)
2)
3)
4)
ВЫВОД
В ходе лабораторной работы, мы ознакомились с компьютерным моделированием электрического поля точечных зарядов, экспериментально подтвердили закономерность для электрического поля точечного заряда и электрического диполя, а также определили величины электрической постоянной.