Лабораторная работа по физике №1. Вариант №9. Изучение характеристик электростатического поля»

Цель работы:

1. Изобразить графически сечение эквипотенциальных поверхностей электростатического поля, созданного заданной конфигурацией электрических зарядов
2. Используя изображение эквипотенциальных поверхностей, построить силовые линии электростатического поля заданной конфигурации зарядов
3. При помощи полученной картины силовых и эквипотенциальных линий проверить справедливость формулы связи напряжённости электрического поля с его потенциалом
Задание на эксперимент

Задание № 1. Исследование электростатического поля между двумя заряженными электро-дами одинаковой геометрической формы.

1. Запустите программу-симулятор лабораторной установки и выберите первый вариант рас-положения электродов (рисунок 8).
2. В качестве подвижного электрода-зонда используется курсор мыши. Проведите курсором над координатной сеткой и убедитесь, что цифровой вольтметр реагирует на перемещение зонда.


Рисунок 8. Окно приложения с первым вариантом расположения электродов ванны

3. Установите курсор мыши на левый край горизонтальной линии и плавно ведите по ней сле-ва направо, глядя на цифровой вольтметр. Как только он покажет целое значение потенци-ала – щелкните эту точку левой кнопкой мыши. Координаты точки и измеренный потен-циал электрического поля в ней будут автоматически занесены в таблицу. Если вы неудач-но щелкнули точку, сотрите запись из таблицы, нажав на кнопку «Удалить».
4. Продолжайте вести зонд вдоль той же самой линии слева направо до края ванны, отмечая точки с другими целыми значениям потенциалов, если они имеются.
5. Закончив сканирование целочисленных потенциалов вдоль одной горизонтальной линии, переходите к следующей. С целью экономии времени разрешается сканировать горизон чётные. При заполнении таб-лицы большим количеством записей в ней автоматически появится вертикальная полоса прокрутки.
6. Создайте в электронном отчёте по лабораторной работе таблицу № 1 и вручную перенеси-те в неё все данные из таблицы в программе-симуляторе. Количество столбцов таблицы № 1 подбирается в зависимости от количества произведённых измерений.
       

7. Заготовьте в электронном отчёте координатную сетку дна электролитической ванны раз-мерами 16 * 20 см, а также зарисуйте положение неподвижных электродов ванны и укажи-те их полярность. Тщательно соблюдайте масштаб и конфигурацию электродов. Для со-здания рисунков можно использовать стандартные средства рисования из программного пакета Microsoft Office Word. Вы также можете использовать любое знакомое вам лицензи-онное программное обеспечение для работы с графикой. В этом случае готовый рисунок передаётся в отчёт через буфер обмена операционной системы. Разрешается вставлять в отчёт сканированное изображение, выполненное вручную на бумаге.
8. Зарисуйте эквипотенциальные линии исследуемого поля, соединяя между собой все точки с одинаковыми значениями потенциала.
9. Пользуясь свойством взаимного расположения силовых и эквипотенциальных линий, по-стройте на этом же рисунке силовые линии исследуемого электрического поля. Количество линий должно быть достаточным, чтобы на рисунке не оставалось неисследованных участков электрического поля.
10. Вычислите по формуле (22) значение напряжённости электрического поля в трёх точках электролитической ванны согласно таблице № 3 вариантов задания.
11. Сравните между собой численные значения напряжённости электрического поля в иссле-дуемых точках. Сделайте вывод о соответствии густоты расположения силовых линий и абсолютной величине напряжённости электрического поля.
12. Определите направление силовых линий с помощью формулы (19) и понятия градиента потенциала. Проверьте полученный результат, определив направление силовых линий ещё раз по известной полярности электродов ванны. Сравните полученные результаты и сделайте вывод о справедливости формул связи напряжённости электрического поля с его потенциалом (19), (20).

Задание № 2. Исследование электростатического поля между двумя заряженными электро-дами различной геометрической формы.

1. Запустите программу-симулятор лабораторной установки, если она не запущена, и выберите второй вариант расположения электродов (рисунок 9).


Рисунок 9. Окно приложения со вторым вариантом расположения электродов ванны

2. В качестве подвижного электрода-зонда используется курсор мыши. Проведите курсором над координатной сеткой и убедитесь, что цифровой вольтметр реагирует на перемеще-ние зонда.
3. Установите курсор мыши на левый край горизонтальной линии и плавно ведите по ней сле-ва направо, глядя на цифровой вольтметр. Как только он покажет целое значение потенци-ала – щелкните эту точку левой кнопкой мыши. Координаты точки и измеренный потен-циал электрического поля в ней будут автоматически занесены в таблицу. Если вы неудач-но щелкнули точку, сотрите запись из таблицы, нажав на кнопку «Удалить».
4. Продолжайте вести зонд вдоль той же самой линии слева направо до края ванны, отмечая точки с другими целыми значениям потенциалов, если они имеются.
5. Закончив сканирование целочисленных потенциалов вдоль одной горизонтальной линии, переходите к следующей. С целью экономии времени разрешается сканировать горизон-тальные линии через одну: либо все – нечётные, либо все – чётные. При заполнении таб-лицы большим количеством записей в ней автоматически появится вертикальная полоса прокрутки.
6. Создайте в электронном отчёте по лабораторной работе таблицу № 2 и вручную перенеси-те в неё все данные из таблицы в программе-симуляторе. Количество столбцов таблицы № 2 подбирается в зависимости от количества произведённых измерений.

        

7. Заготовьте в электронном отчёте координатную сетку дна электролитической ванны раз-мерами 16 * 20 см, а также зарисуйте положение неподвижных электродов ванны и укажи-те их полярность. Тщательно соблюдайте масштаб и конфигурацию электродов. Для со-здания рисунков можно использовать стандартные средства рисования из программного пакета Microsoft Office Word. Вы также можете использовать любое знакомое вам лицензи-онное программное обеспечение для работы с графикой. В этом случае готовый рисунок передаётся в отчёт через буфер обмена операционной системы. Разрешается вставлять в отчёт сканированное изображение, выполненное вручную на бумаге.
8. Зарисуйте эквипотенциальные линии исследуемого поля, соединяя между собой все точки с одинаковыми значениями потенциала.
9. Пользуясь свойством взаимного расположения силовых и эквипотенциальных линий, по-стройте на этом же рисунке силовые линии исследуемого электрического поля. Количество линий должно быть достаточным, чтобы на рисунке не оставалось неисследованных участков электрического поля.
10. Вычислите по формуле (22) значение напряжённости электрического поля в трёх точках электролитической ванны согласно таблице № 3 вариантов задания.
11. Сравните между собой численные значения напряжённости электрического поля в иссле-дуемых точках. Сделайте вывод о соответствии густоты расположения силовых линий и абсолютной величине напряжённости электрического поля.
12. Определите направление силовых линий с помощью формулы (19) и понятия градиента потенциала. Проверьте полученный результат, определив направление силовых линий ещё раз по известной полярности электродов ванны. Сравните полученные результаты и сделайте вывод о справедливости формул связи напряжённости электрического поля с его потенциалом (19), (20).

Варианты задания на расчёт напряжённости поля

Таблица 3. Координаты контрольных точек для расчёта напряжённости электрического поля
Вариант Координаты первой точ-ки Координаты второй точ-ки Координаты третьей точ-ки
 x, см y, см x, см y, см x, см y, см
0 8 3 10 3 12 3
1 7 4 10 4 13 4
2 6 5 10 5 14 5
3 5 6 10 6 15 6
4 4 7 10 7 16 7
5 4 9 10 9 16 9
6 5 10 10 10 15 10
7 6 11 10 11 14 11
8 7 12 10 12 13 12
9 8 13 10 13 12 13

Напряжённость поля рассчитывается по каждому из двух построенных рисунков отдельно. Координаты точек на обоих рисунках берутся одни и те же. Все расчёты необходимо записывать в отчёт после соответствующего рисунка, не забывая указывать размерности физических вели-чин.
Номер варианта определяется по последней цифре пароля доступа к сайту дистанционного обучения.

Лабораторная работа №1 15.06.2021 21.06.2021 Зачет, Ваша лабораторная работа №1 проверена. Экспериментальный результат правильный. В ответах на один из контрольных вопросов найдены ошибки. (Ошибка только в одном контрольном вопросе, в самой работе отмечено где) Работа ЗАЧТЕНА.