Материал: 1547

q

4 0r2 dr

Как видно из полученного значения, потенциал определяется с точностью до некоторой произвольной постоянной. Для однозначного выбора потенциала используют различные нормировки. Чаще всего константу выбирают так, чтобы потенциал на бесконечности был равен нулю (так называемая кулоновская нормировка). Таким образом, для потенциала поля точечного заряда получим

q . 4 0r

В случае большого количества зарядов используется принцип суперпозиции: потенциал поля равен сумме потенциалов, создаваемых отдельными точечными зарядами:

1 2 ... i.

Изображается распределение потенциалов с помощью

эквипотенциальных поверхностей, значение потенциала во всех точках которых одинаково. Учитывая, что вектор напряженности направлен в сторону наибольшего изменения потенциала, можно сказать, что эквипотенциальные поверхности будут перпендикулярны силовым линиям.

Задание к лабораторной работе

Упражнение 1 . Исследование поля точечного заряда

1. С помощью «мыши» введите точечный заряд по указанию преподавателя, например, q = 1 нКл в точке с координатами (0, 0) (рис.1). Для выбора положительного заряда кликните левой кнопкой «мыши», для ввода отрицательного заряда используется правая кнопка «мыши».

2. Выбрав масштаб – по указанию преподавателя, например, 1 клетка = 2 м, снять с помощью программы зависимость значения напряженности и потенциала от расстояния до заряда. Зависимость снять вдоль оси X через 1 м для 7 точек. Данные занести в табл. 1.

35

Рис.1. Рабочее окно программы

Таблица 1

Результаты измерений

Координаты X (м)

Напряженность полей E (B/м)

Потенциал поля φ (В)

По полученным значениям построить графики зависимостей

E=f(x) и φ=f(x).

Зарисовать силовые линии и сечение эквипотенциальных поверхностей поля точечного заряда.

В выводе по упражнению ответить на вопрос, в каких координатах «спрямляются» эти зависимости и почему? Уметь

36

показать это по полученным в ЛР данным. Как взаимно расположены силовые линии и сечения эквипотенциальных поверхностей, почему?

Упражнение 2. Исследование поля двух точечных разноименных зарядов (диполя)

1. С помощью «мыши» введите два разноименных точечных заряда по указанию преподавателя, например, q1 = 1 нКл в точке с

определить величину и направление вектора напряженности и потенциал в точках, указанных на рис.2 звездочкой. Зарисуйте данное распределение зарядов, укажите направление напряженности электростатического поля в каждой точке.

Рис.2. К упражнению 2

3. Снять с помощью программы зависимость значения напряженности и потенциала от расстояния до центра диполя в 7 – 8 точках. Данные занести в табл. 2.

4.По полученным значениям построить графики зависимостей

Е=f(x) и φ =f (x).

5.Зарисовать силовые линии и эквипотенциальные поверхности поля диполя.

Ввыводе по упражнению ответить на вопрос, в каких координатах «спрямляются» эти зависимости и почему. Уметь показать по полученным в ЛР данным. Как взаимно расположены силовые линии и сечения эквипотенциальных поверхностей?

37

Таблица 2

Результаты измерений

Координаты X (м)

Напряженность полей E

(B/м)

Потенциал поля φ (В)

Упражнение 3. Исследование поля двух точечных одноименных зарядов

1.Ввести с помощью «мыши» два одноименных точечных заряда по указанию преподавателя, например, q1=1нКл в точке с координатами (-2, 0) и q2 = 1 нКл в точке с координатами (2, 0).

2. Выбрав далее масштаб 1 см = 2 м, с помощью программы определить величину и направление вектора напряженности и потенциал в точках, указанных на рис.3 звездочкой. Зарисуйте данное распределение зарядов, укажите направление напряженности электростатического поля в каждой точке.

Рис.3. К упражнению 3

3.Сравнить полученные значения и направления напряженности

изначения потенциала в каждой точке с результатами аналогичного пункта упражнения 2. Объяснить полученные различия, используя принцип суперпозиции.

38

4. Зарисовать силовые линии и эквипотенциальные поверхности поля одноименных зарядов.

Упражнение 4. Исследование поля произвольного распределения зарядов

1.Ввести с помощью «мыши» 4 точечных заряда величиной, например, 1 нКл, но различных знаков в точках с координатами

(-2, -2), (-2, 2), (2, -2), (2, 2).

2.Зарисовать силовые линии и эквипотенциальные поверхности поля. Найти точки, где потенциал или напряженность поля равны нулю. Отметить их на рисунке. Используя принцип суперпозиции, проверить положение точек теоретически.

работа поля по пути 1 от работы по пути 2?

Заключение

Подробный вывод по каждому упражнению и беседа с преподавателем по выполнению ЛР являются основой для успешной защиты лабораторной работы.

39