Измерения и обработка результатов. Упражнение 1. Изучение электростатического поля проводящего шарика и плоской пластины

Упражнение 1. Изучение электростатического поля проводящего шарика и плоской пластины.

Заготовьте лист разлинованной бумаги со шкалой, аналогичной шкале, нанесенной на дне электролитической ванны. Соберите установку по схеме, приведенной на рис. 2. Электрод 2 установите на расстоянии 7 – 10 см от плоского электрода. Установите ванну горизонтально для обеспечения одинаковой толщины слоя воды. На выходе генератора сигналов установите напряжение с амплитудой 10-12 В и частотой колебаний порядка 100 Гц. Зонд 3 соедините с плоским электродом. В дальнейшем потенциал этого электрода будем полагать равным нулю. Перемещая второй зонд вдоль линии симметрии электрического поля, найдите на ней точки, в которых амплитуда потенциала составляет 2, 4, 6, 8 и 10 В. Отметьте эти точки на координатной сетке в рабочей тетради.

Для того, чтобы найти форму эквипотенциальных линий, соответствующих каждому значению φ, установите зонд 4 в точку с выбранным потенциалом; другой зонд перемещайте по координатной плоскости слева или справа от линии симметрии и найдите на ней не менее 8-10 точек, в которых потенциал имеет ту же величину (амплитуда регистрируемого осциллографом напряжения в этих условиях равна нулю). Исследование проведите не только между электродами, но и в области справа от электрода 2. Найденные точки нанесите на координатную сетку в рабочей тетради. Точки с одинаковыми потенциалами соедините непрерывной линией. Постройте также эквипотенциальные линии по другую сторону от оси симметрии поля. Около каждой линии напишите значение потенциала, которому она соответствует. Пунктирными линиями изобразите линии напряженности электрического поля, принимая во внимание, что они перпендикулярны к эквипотенциальным линиям. Укажите направление силовых линий.

Используя построенные эквипотенциальные линии и соотношение между напряженностью поля и потенциалом , рассчитайте модуль напряженности в 3 произвольных точках.

Упражнение 2. Изучение влияния проводника на однородное электростатическое поле.

Схема установки, предназначенной для исследования влияния проводника на электростатическое поле, показана на рис. 3.

Рис. 3

Плоские электроды 1 и 2 подключите к генератору переменного напряжения и установите амплитуду сигнала 10-12 В. При отсутствии проводника электрическое поле, которое возникает в пространстве между электродами, близко к однородному. В этом легко убедиться с помощью зондов 3 и 4: эквипотенциальные линии в этом случае параллельны друг другу и находятся на одинаковом расстоянии друг от друга.

Поместите в электролитическую ванну проводник сложной формы и установите его симметрично относительно линии АВ. Зонд 3 подключите к электроду 1. Перемещая электрод 4 вдоль линии АВ, найдите на ней такие точки, для которых амплитуда напряжения составляет 2, 4, 6, 8 и 10 В. Отметьте положение этих точек на координатной сетке в рабочей тетради. Возле каждой точки напишите значение потенциала, равное амплитуде напряжения. Затем, последовательно устанавливая зонд 4 в найденные точки и перемещая зонд 3, найдите форму соответствующих эквипотенциальных линий. Исследование электрического поля можно провести по одну сторону от линии АВ и, пользуясь соображениями симметрии, построить эквипотенциальные линии для области расположенной по другую сторону от нее.

Исследуйте, имеется ли разность потенциалов между двумя произвольными точками, расположенными в области, ограниченной поверхностью проводника.

Пунктирными линиями изобразите линии напряженности электрического поля. При этом следует принять во внимание, что они перпендикулярны к эквипотенциальным линиям, а вблизи пластин, где поле близко к однородному полю, силовые линии расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Укажите направление силовых линий.

Используя построенные эквипотенциальные линии и соотношение между напряженностью поля и потенциалом, рассчитайте модуль напряженности для 3 точек на линии АВ (в том числе для точки, расположенной в области, ограниченной проводящим телом).

Контрольные вопросы

1. Какие поля называются электростатическими? В чем состоит их основное свойство?

2. Что такое напряженность электрического поля? В каких единицах измеряется напряженность в СИ?

3. Дайте определение потенциала данной точки поля и разности потенциалов двух точек поля. Каковы их единицы измерения?

4. По каким формулам вычисляются модуль напряженности и потенциал поля точечного заряда?

5. Какова связь между напряженностью и потенциалом?

6. Дайте понятие силовой линии электростатического поля и эквипотенциальной поверхности. Каково взаимное расположение силовых линий и эквипотенциальных поверхностей?

7. Чему равна работа электрического поля при перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности?

8. Опишите, что происходит, когда в электростатическое поле помещается проводящее тело. Как распределяются наведенные заряды на проводнике сложной формы?

9. Как осуществляется моделирование электростатического поля в данной работе? Как находятся точки, принадлежащие эквипотенциальным линиям моделируемого поля?