Электричество и магнетизм
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
з 0, ?/4, ?/2. Для этого:
а) соедините вертикальный вход осциллографа с выходом одного звукового
генератора, а горизонтальный вход с выходом второго звукового генератора;
.б) отключите ДИАПАЗОН ЧАСТОТ на осциллографе;
в) включите в сеть осциллограф и звуковые генераторы, выведите и сфокусируйте полученную фигуру в центр координатной сетки;
г) на одном звуковом генераторе установите частоту 50 Гц;
д) подберите такие амплитуды колебаний, чтобы полученная фигура занимала среднюю часть экрана осциллографа;
е) вращением регулятора частоты второго звукового генератора добейтесь появления устойчивых фигур Лиссажу, зарисуйте фигуры на бумаге и определите по ним отношение частот ?x/?y по числу точек пересечения фигуры с горизонталью nx и вертикалью ny .
Контрольные вопросы
- Из каких блоков состоит электронный осциллограф? Каково назначение каждого блока?
- От каких параметров зависит чувствительность ЭЛТ?
- Как экспериментально определяется чувствительность осциллографа?
- При каких условиях получают фигуры Лиссажу?
- Какие условия должны выполняться, чтобы осциллограмма на экране ЭЛТ была неподвижна?
Литература, рекомендуемая к лабораторной работе:
- Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1977.
- Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество.-М.: Просвещение, 1970.
- Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. М.- С.-П.: Физматлит Невский диалект, 2001
- Рублев Ю.В., Куценко А.Н., Кортнев А.В. Практикум по электричеству. М.: Высшая школа, 1971.
- Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н.. Практикум по физике. М.: Высшая школа, 1965.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Цель работы:
Ознакомиться с методом моделирования электростатических полей и экспериментально построить картину электростатического поля с помощью кривых равного потенциала и силовых линий.
Идея эксперимента
При конструировании электронных ламп, конденсаторов, электронных линз и других устройств часто требуется знать распределение электрического поля в пространстве, заключённом между электродами сложной формы. Наглядное представление о характере поля создаётся тогда, когда его напряжённость и потенциал известны во всём пространстве. Так как электроизмерительные приборы (электрометры, вольтметры) предназначены для измерения потенциалов, и, кроме того, расчёт скалярной величины произвести легче, чем векторной, то экспериментально обычно изучается распределение в пространстве потенциала. Система эквипотенциальных поверхностей полностью описывает конфигурацию электростатического поля, так как линии напряжённости всегда ортогональны к ним.
Обычно электростатическое поле исследуется путем перемещения в нем измерительных зондов, что легко может быть выполнено в жидких и газообразных диэлектрических средах. Однако электростатические измерения сопряжены с определенными трудностями, поскольку реальные диэлектрические среды обладают электропроводностью, зависящей от внешних условий (температуры, влажности и т.д.) Выход может быть найден в замене электростатического поля неподвижных зарядов полем постоянного электрического тока при условии, что потенциалы электродов (источников поля) поддерживаются постоянными, а электропроводность среды значительно меньше электропроводности электродов.
Теоретическая часть
Всякий неподвижный электрический заряд создает в окружающем пространстве электростатическое поле, которое обнаруживается при внесении пробных электрических зарядов в любую точку поля (подразумевается, что пробные заряды не искажают поля). Силовой характеристикой поля является его напряженность Е. Напряженность Е поля численно равна силе, с которой поле действует на единицу положительного заряда, помещенного в данную точку поля:
Е= F/q,
где q величина пробного положительного заряда. Напряженность векторная величина, совпадающая по направлению с силой.
Графически поле принято изображать с помощью силовых линий. Линия, касательная к которой в каждой точке совпадает по направлению с вектором напряженности электростатического поля, называется силовой линией. Следовательно, силовая линия определяет в каждой точке, через которую она проходит, направление силы, действующий на положительный заряд, помещенный в данную точку поля. Густота силовых линий характеризует численное значение напряженности. Через единичную площадку, перпендикулярную силовым линиям однородного поля, принято проводить число линий, равное Е.
Энергетической характеристикой поля является потенциал. Он измеряется работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из данной точки поля в бесконечность:
? = A/q.
Потенциал электростатического поля является функцией координат. Можно выделить совокупность точек, для которых потенциал будет одним и тем же. Для поля, создаваемого точечным зарядом, такие совокупности точек будут образовывать концентрические сферические поверхности. Геометрическое место точек равного потенциала носит название эквипотенциальной поверхности. Любая линия на эквипотенциальной поверхности также эквипотенциальна.
Рассмотрим две бесконечно близкие эквипотенциальные поверхности ? и ?+d? (рис.1). Вектор напряженности E направлен по нормали n к эквипот