birmaga.ru
добавить свой файл

1
Физика 1


Порядок решения и оформления контрольных работ по физике

1.    Номер варианта учебного задания определяется по последней цифре пароля доступа.

2.    Оформление каждой задачи начинается с записи полного текста условия. Текст должен начинаться с номера задачи, соответствующего нумерации задач в учебном курсе. Если к условию задачи прилагается рисунок, то он вставляется в отчёт по контрольной работе без изменений.

3.    После полного текста условия следует его краткая запись в стандартном варианте оформления физической задачи: «Дано», «Найти», «Решение».

4.    Перед тем, как приступить к непосредственному решению задачи, необходимо единицы всех физических величин перевести в систему СИ.

5.    Непосредственное решение задачи начинается с анализа её условия. При этом подбираются подходящие законы физики, определения физических величин, теоремы и другие важные физические соотношения. Обращаем ваше внимание, что решение задачи нужно начинать только с
первичных физических соотношений (законов, определений, теорем и др.). Такие соотношения всегда имеют собственные названия, которые нужно обязательно приводить в пояснениях к решению задачи. Не названный в пояснениях к решению закон физики или случайная формула, взятая из физического справочника, могут повлечь за собой необходимость переделки всего решения. Без пояснений задачи не принимаются!

6.    Подобранные по смыслу основные физические закономерности записываются сначала в оригинальном виде, без каких-либо изменений.

7.    При работе с векторными физическими величинами все подобранные формулы записываются сначала в векторном виде. Затем в обязательном порядке создаётся рисунок, на котором показывается расположение всех рассматриваемых векторов и необходимое количество осей координат.

8.    При решении задач на расчёт электрических цепей схема соединения её элементов обязательна.


9.    Далее выполняется проецирование построенных векторов на выбранные оси координат согласно правилам математики и векторные соотношения переводятся в скалярную форму. Эта операция – математическая и в пояснениях к физической задаче не нуждается.

10. Полученные скалярные уравнения решаются в общем виде любыми удобными математическими методами. Разрешается использование математических программных пакетов. В результате получается окончательное выражение, в левой части которого располагается искомая величина, а в правой части – величины, заданные в условии задачи. В некоторых случаях для решения задачи могут потребоваться мировые константы и данные из справочных таблиц. Настоятельно рекомендуется избегать промежуточных вычислений. Математическое решение не требует пояснений.

11. В полученное общее решение подставляются числовые данные, предварительно переведённые в систему единиц СИ вместе с их размерностями, и выполняются вычисления значений всех требуемых по условию задачи искомых величин.

12. После выполнения всех вычислений выписывается ответ задачи, в котором перечисляются все искомые величины с указанием их буквенных обозначений, числовых значений и размерностей в системе единиц СИ. Например, v = 7,51 м/с.


Технические требования к оформлению контрольных работ по физике


1.    Каждая контрольная работа оформляется в виде отдельного документа Microsoft Office Word любой доступной версии. Более одной работы в документе присылать нельзя, так как система дистанционного обучения не позволяет выставлять более одной оценки за каждый экземпляр присылаемой работы.

2.    Начинаться контрольная работа должна с титульной страницы с обязательным указанием фамилии студента, номера учебной группы, номера контрольной работы и номера варианта задания.

3.    Рисунки, схемы, графики и диаграммы можно выполнять либо стандартными средствами рисования из пакета Microsoft Office, либо в специализированных приложениях, вставляя их в отчёт по контрольной работе.


4.    Формулы необходимо набирать во встроенном редакторе формул Microsoft Equation. Каждую формулу нужно создавать в виде отдельного объекта. Не набирайте формулы большими блоками. Это затрудняет проверку решения задачи преподавателем и отчёт может быть возвращён на переработку.

5.    Для выполнения сложных математических вычислений и построения графиков в решении задач можно использовать любые удобные математические приложения. Результаты их работы должны быть вставлены в основной документ с контрольной работой. Присылать дополнительные файлы к отчёту по контрольной работе нельзя.


Выполнение работы над ошибками


В случае неправильного решения одной или нескольких задач требуется выполнение работы над ошибками. В тексте решения или в конце каждой неправильно решённой задачи преподаватель указывает, какие ошибки были допущены и даёт краткие рекомендации, как их можно исправить. При возникновении затруднений в исправлении ошибок студенту необходимо обратиться к преподавателю за персональной консультацией по телефону или по электронной почте. Контактная информация преподавателей размещена в «Портфеле слушателя». Обращение за консультацией к преподавателю входит в состав основных образовательных услуг и не влияет на оценку по контрольной работе.

Работа над ошибками выполняется после замечаний преподавателя к каждой неправильно решённой задаче в том же самом файле, который был прислан на первичную проверку. Замечания преподавателя удалять нельзя. Выполнение работы над ошибками в конце контрольной работы не рекомендуется, так как задерживает её проверку. Также не следует решать задачу заново вместо исправления в ней допущенных ошибок, если это не указано преподавателем.

Файл с замечаниями преподавателя и работой над ошибками высылается на проверку таким же образом, как и первичная работа. При неполном исправлении допущенных ошибок в решении задач работу над ошибками может потребоваться повторить.



Критерии оценок контрольных работ по физике


1.    Контрольные работы по физике оцениваются по системе «зачтено – не зачтено», балльная система не используется.

2.    При проверке контрольных работ студентов дистанционной формы обучения преподаватель рассматривает только то, что студент предоставил ему в отчёте. Возможности уточнить какие-либо детали у него нет. Поэтому нужно быть внимательными при оформлении контрольной работы и соблюдать порядок их решения и оформления. Если преподавателю окажется что-либо непонятным в решении задачи, то студенту будет предложено уточнить решение, выполнив работу над ошибками. Работа при этом не будет зачтена при первичной проверке.

3.    Задача не может быть зачтена, если для её решение начинается со случайных формул, не являющихся законами физики или другими первичными физическими соотношениями.

4.    Задача не может быть зачтена, если в ней необходимо использовать векторные уравнения, но при этом нет рисунков с изображением этих векторов и системы координат.

5.    Задача не может быть зачтена, если в ней правильно использованы, но не названы физические законы. Каждый закон физики, определение величины, теорема и т.п. имеют собственные названия и их нужно обязательно приводить в пояснениях к решению.

6.    Задача не может быть зачтена, если в ходе математических преобразований допущены значительные ошибки, не позволяющие получить правильный ответ задачи.

7.    Задача может быть зачтена с замечаниями, если в ней использованы нерациональные методы решения, позволяющие получить верные результаты.

8.    Задача может быть зачтена с замечаниями, если в ней допущены ошибки в рисунках, не искажающие сути решения и не влияющие на получение правильного ответа.

9.    Задача может быть зачтена с замечаниями, если в ней допущены ошибки в переводе единиц в систему СИ, подстановке данных в конечные уравнения или в вычислениях при условии, что решение задачи в общем виде выполнено правильно.


10. Задача может быть зачтена с замечаниями, если в её оформлении допущены технические ошибки, не препятствующие чтению содержания решения, либо ошибки в оформлении титульной страницы.

11. Для получения оценки «зачтено» за контрольную работу в ней должна быть правильно решена большая часть задач из каждого раздела учебного курса. Разделение учебного курса на разделы и темы дано ниже. Если из любой темы учебного курса правильно решено менее половины предложенных задач – за контрольную работу выставляется оценка «не зачтено» и студенту даётся задание выполнить работу над ошибками.

Вариант № 6

1.   1. На полу стоит тележка в виде длинной доски, снабженной легкими колесами. На одном конце доски стоит человек. Масса его 60 кг, масса доски 20 кг. С какой скоростью относительно пола будет двигаться тележка, если человек пойдет вдоль неё со скоростью относительно доски 1 м/с? Массой колёс и трением пренебречь.

2.   2. Шар массой 4 кг движется со скоростью 5 м/с и сталкивается с шаром массой 6 кг, который движется ему навстречу со скоростью 2 м/с. Вычислите скорости шаров после удара. Удар считать абсолютно упругим, прямым, центральным.

3.   3. Протон имеет импульс 469 МэВ/с. Какую кинетическую энергию необходимо дополнительно сообщить протону, чтобы его релятивистский импульс возрос вдвое?

4. Точечные заряды +30 мкКл и -20 мкКл находятся на расстоянии 20 см друг от друга. Вычислите напряжённость электрического поля в точке, удалённой от первого заряда на 30 см, а от второго – на 15 см.

5.      На двух бесконечных параллельных плоскостях равномерно распределены заряды с поверхностными плотностями у1 и у2 (рисунок 6.5). Постройте сквозной график зависимости напряжённости электрического поля от расстояния Е(х) для трёх областей: I – слева от обеих плоскостей, II – между плоскостями и III – справа от обеих плоскостей. Принять у1 = -4у, у2= +2у, где у = 40 нКл/м2. Вычислите напряжённость поля в точке, расположенной между плоскостей, и покажите на рисунке направление вектора напряжённости поля в этой точке.описание: d:\sguti\study\phys1\course120\img\krf.files\p6_5.png


6.    Четыре одинаковых капли ртути, заряженных до потенциала 10 В, сливаются в одну. Каков потенциал образовавшейся капли?

7.    Пылинка массой 5 нг, несущая на себе 10 электронов, прошла в вакууме ускоряющую разность потенциалов 1 MB. Какова кинетическая энергия пылинки? Какую скорость она приобрела?

8.    Два конденсатора ёмкостями 5 мкФ и 8 мкФ соединены последовательно и присоединены к батарее с ЭДС 80 В. Вычислите заряды конденсаторов и разности потенциалов между их обкладками.

Вариант № 6

1.   1.ЭДС батареи 12 В. Наибольшая сила тока, которую она может дать, 5 А. Вычислите максимальную мощность потерь, которая может выделяться в батарее.

2.    2. За время 10 с, при равномерно возрастающей силе тока от нуля до некоторого максимума, в проводнике выделилось количество теплоты 40 кДж. Вычислите  среднюю силу тока в проводнике, если его сопротивление 25 Ом.

3.    По двум бесконечно длинным проводам, скрещенным под прямым углом, текут токи I1 и I2 = 2I1, где I1 = 100 А. Вычислите магнитную индукцию в точке A, равноудаленной от проводов на расстояние d = 10 см (рисунок 6.3.) и покажите её направление на рисунке.описание: d:\sguti\study\phys1\course120\img\krf.files\p6_3.png

4.    4. Шины генератора длиной 4 м находятся на расстоянии 10 cм друг от друга. Вычислите силу взаимного отталкивания шин при коротком замыкании, если ток короткого замыкания равен 5 кА.

5.    5. Электрон влетел в однородное магнитное поле с индукцией 200 мТл перпендикулярно его силовым линиям. Вычислите силу эквивалентного кругового тока,  создаваемого движением электрона в магнитном поле.


6.    6. Однозарядный ион лития массой 7 а.е.м. прошёл ускоряющую разность потенциалов 300 В и влетел в скрещенные под прямым углом однородные магнитное и электрическое поля. Вычислите индукцию магнитного поля, если траектория иона в скрещенных полях прямолинейна. Напряжённость электрического поля равна 2 кВ/м.

7.    7. Плоский контур с током 5 А свободно установился в однородном магнитном поле с индукцией 0,4 Тл. Площадь контура 200 см2. Поддерживая ток в контуре неизменным, его повернули относительно оси, лежащей в плоскости контура, на угол 40°. Вычислите совершённую при этом работу.

8.    8. Проволочный виток диаметром 5 cм и сопротивлением 0,02 Ом находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,3 Тл. Плоскость витка составляет угол 40° с линиями индукции. Какой заряд протечёт по витку при выключении магнитного поля?

2. Требования к оформлению лабораторных работ

По каждой лабораторной работе студент пишет отчет.

Каждый отчет обязательно должен включать в себя следующие разделы:

1. Номер лабораторной работы.

2. Название работы.

3. Цель работы.

4. Краткие теоретические сведения. В этот раздел включаются основные формулы, определения, рисунки, схема установки. При этом не стоит дословно переписывать весь теоретический материал описания работы. Достаточно сделать краткий конспект.

5. Экспериментальные результаты. В этот раздел должны включаться таблицы измеряемых величин, графики и т.п.

6. Каждая работа завершается выводамипо проделанной работе. Вывод должен указывать, какая цель ставилась при проведении работы, и как результаты эксперимента соответствуют поставленной цели.

7. По окончании выполнения работы в отчет записываются ответы на контрольные вопросы.



3. Краткое описание выполняемых работ


Данный лабораторный практикум включает в себя четыре лабораторных

работы:

1) Работа 3.2. “Изучение характеристик электростатического поля”. ( Папка POLE_E). Теоретическое введение к данной работе, описание лабораторной установки, задание для выполнения, список контрольных вопросов и рекомендуемой литературы находятся в файле POLE_Е.DOC. Для выполнения работы следует вызвать программу POLE_E. При выполнении программы перемещение курсора осуществляется стрелками с клавиатуры, а не мышью! Чтобы получить значение напря жения, нужно нажать клавишу ENTER.

2) Работа 4.1. “Определение удельного заряда электрона методом магнетрона”. (Папка MAGNET). Теоретическое введение к данной работе, описание лабораторной установки, задание для выполнения, список контрольных вопросов и рекомендуемой литературы находятся в файле MAGNET2.DOC. Для выполнения работы следует вызвать пограмму MAGNET. При выполнении программы анодное напряжение задавайте равным 20В.

3) Работа 7.3 “Определение длины электромагнитной волны методом дифракции Фраунгофера”. (Папка DIFRAC). Теоретическое введение к данной работе, описание лабораторной установки, задание для выполнения, список контрольных вопросов и рекомендуемой литературы находятся в файле DIFRAC.DOC. Для выполнения работы следует вызвать программуDIFRAC. При выполнении программы считается, что длина экрана от центра вправо или влево равна 10 см. Измеренные расстояния следует подставлять в расчетные формулы в системе СИ.

4) Работа 6.8 “ Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников”. (Папка POLUPRO). Теоретическое введение к данной работе, описание лабораторной установки, задание для выполнения, список контрольных вопросов и рекомендуемой литературы находятся в файлеPOLUPR.DOC. Для выполнения работы следует вызвать программу POLUPR.


Примечание: Работа “Определение длины электромагнитной волны методом дифракции Фраунгофера” и Работа “ Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников” выполняются в следующем семестре.

Определение удельного заряда электрона методом магнетрона

1.Цель работы

Познакомиться с законами движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях, определить удельный заряд электрона с помощью цилиндрического магнетрона.

2.Основные теоретические сведения

Магнетроном называется электровакуумное устройство, в котором движение электронов происходит во взаимно перпендикулярных электрическом и магнитном полях. Магнетрон является источником электромагнитного излучения СВЧ диапазона.



В нашей работе магнетрон представляет собой радиолампу- диод прямого накала, электродами которой являются коаксиальные цилиндры. Радиолампа помещена во внешнее магнитное поле, создаваемое соленоидом с током (рис.1).

При этом силовые линии электрического поля имеют радиальное направление, а линии магнитной индукции совпадают с осью электродов (рис.2).



Движение электрона в электромагнитном поле подчиняется второму закону Ньютона:

(1)

где r- радиус- вектор, m- масса электрона, e- абсолютная величина заряда электрона, V- скорость электрона, E- вектор напряженности электрического поля, В- вектор индукции магнитного поля.

Траектория движения заряженной частицы в электромагнитном поле существенно зависит от величины удельного заряда- отношения заряда к массе частицы. Уравнение траектории можно получить из решения уравнения (1), но даже в случае цилиндрической симметрии это уравнение не имеет решения в аналитическом виде.


Рассмотрим на качественном уровне движение электрона в цилиндрическом магнетроне. Для упрощения предположим, что электроны вылетают из катода с нулевой начальной скоростью, их движение происходит в плоскости, перпендикулярной оси электродов, а радиус катода много меньше радиуса анода.

При протекании тока в цепи накала в результате термоэлектронной эмиссии с катода в лампе образуются свободные электроны. Эмиттированные катодом электроны под действием электрического поля движутся к аноду, и в анодной цепи возникает электрический ток. Постоянный ток в обмотке соленоида создает магнитное поле, искривляющее траекторию движения электронов.

Выясним характер движения электронов в магнетроне. В электрическом поле на электрон действует сила F = eE, вынуждающая его двигаться с ускорением в направлении, противоположном вектору Е. Эта сила совершает работу, которая ид.т на изменение кинетической энергии электрона. Скорость электронов вблизи анода может быть найдена из закона сохранения энергии:

(2)

где Ua - анодное напряжение лампы.

В магнитном поле сила действует на движущийся электрон

F=-e[VB] и направлена перпендикулярно скорости электрона. Эта сила не совершает механической работы над электроном, а только изменяет направление вектора скорости и вынуждает электрон двигаться с центростремительным ускорением по окружности. В нашей модели предполагается, что V B. Применяя второй закон Ньютона, получим:

(3)

Отсюда выразим радиус окружности:

(4)


В магнетроне электрон движется в скрещенных электрическом и магнитном полях. В отсутствии магнитного поля траектории движения электронов приведены на рис. 3а. При наложении “слабого” магнитного поля траектории электронов искривляются, но все электроны долетают до анода, как показано на рис. 3б.






Увеличивая индукцию магнитного поля, можно получить ситуацию, когда электрон, двигаясь по криволинейной траектории, едва не косн.тся анода и возвратится на катод, как на рис 3в. Криволинейная траектория в этом случае напоминает окружность, радиус которой для электрона вблизи анода приблизительно равен половине радиуса анода

(5)

где значение скорости в соответствии с формулой (2) равно

(6)

Анодный ток при этом прекращается.

Таким образом, если известна индукция критического магнитного поля при определенном анодном напряжении, то из формул (5) и (6) можно рассчитать удельный заряд электрона

(7)

При дальнейшем увеличении магнитного поля электроны, двигаясь по криволинейным замкнутым траекториям, удаляются от катода на меньшие расстояния и не долетают до анода, как показано на рис. 3г.

Для определения удельного заряда электрона по формуле (7) нужно, задавая величину анодного напряжения, найти значение индукции критического магнитного поля, при котором анодный ток уменьшается до нуля. В данной работе измеряется ток соленоида. Индукция магнитного поля соленоида связана с силой тока соотношением

(8)

где N-число витков, l-длина соленоида. В результате расчетная формула для удельного заряда электрона принимает вид:

(9)

Теоретическая зависимость анодного тока от силы тока в соленоиде для идеального магнетрона приведена на рис.4 (штриховая линия). Здесь же сплошной линией изображена реальная зависимость. Пологий спад анодного тока обусловлен следующими причинами: влиянием краевых эффектов, неоднородностью магнитного поля, некоаксиальностью электродов, падением напряжения вдоль катода, разбросом по скоростям эмиттированных электронов и т.д. Разумно предположить, что критическое значение тока соответствует максимальной скорости изменения анодного тока.




Для нахождения этой величины нужно построить график зависимости производной анодного тока по току соленоида IaIc от тока соленоида
Ic

.

Максимум постороенной функции соответствует критической силе тока в соленоиде (рис.5).

3. Описание лабораторной установки

Установка состоит из магнетрона, представляющего собой соленоид с помещенной внутри радиолампой. Конструктивно анод лампы имеет форму цилиндра, вдоль оси которого расположена нить накала, являющаяся катодом.

Электрическая схема установки приведена на рис. 6.



Соленоид подключается к источнику постоянного напряжения , а ток соленоида фиксируется амперметром. Справа изображены источник напряжения и приборы, регистрирующие параметры анодной цепи.

4. Задание

1. Подайте на лампу анодное напряжение. Запишите его величину в лабораторный журнал. Запишите значение анодного тока.

2. Изменяя силу тока в соленоиде, снимите зависимость анодного тока от тока соленоида. Данные занесите в таблицу.

3. По данным таблицы постройте зависимость анодного тока от тока соленоида.

4. Графически продифференцируйте эту зависимость. Определите критическое значение тока соленоида.

5. По формуле (9) рассчитайте величину удельного заряда электрона. Длина соленоида 10см, число витков 1500, радиус анода лампы равен 5мм.

6. Сделайте выводы по выполненной работе.

5. Контрольные вопросы

1. Что такое магнетрон и как он работает?

2. Изобразите направление электрического и магнитного полей в магнетроне и траектории движения электронов.

3. Какие силы действуют на электрон в магнетроне? Укажите направление сил, действующих на электрон в магнетроне. Запишите второй закон Ньютона для электрона в магнетроне.


4. Сделайте вывод рабочей формулы.

5. Какие графики нужно построить в данной работе? Поясните ход экспериментальных кривых.

6.Литература

1. Савельев И. В. Курс общей физики, 1978, т2, §§50,72

2. Калашников С.Г. Электричество, 1977, §§179, 182.

Изучение характеристик электростатического поля

1. Цель работы

Исследовать электростатическое поле, графически изобразить сечение эквипотенциальных поверхностей и силовые линии для некоторых конфигураций поля.

2. Основные теоретические сведения

Любое заряженное тело создает в пространстве вокруг себя электромагнитное поле и взаимодействует с внешним электромагнитным полем. Поле, создаваемое неподвижными зарядами, называется электростатическим. Знание характеристик электрического поля требуется при работе с линиями связи, антеннами, резонаторами, полупроводниковыми приборами и другими устройствами.

Электростатическое поле в каждой точке пространства характеризуется двумя величинами: напряженностью и потенциалом. Силовая характеристика поля- напряженность- векторная величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный точечный заряд, помещенный в данную точку поля:

(1)

Из определения следует, что сила, действующая со стороны электрического поля на точечный заряд, равна:

(2)

Единица измерения напряженности электрического поля Вм.

Энергетическая характеристика электрического поля- потенциал- скалярная величина, численно равная потенциальной энергии единичного точечного положительного заряда, помещенного в данную точку поля:

(3)

Потенциал измеряется в вольтах: 1В= 1ДжКл. Потенциал определяется с точностью до произвольной постоянной ( как и потенциальная энергия) и может принимать положительные и отрицательные значения. Физический же смысл имеет величина- разность потенциалов. Разность потенциалов связана с работой сил электрического поля по перемещению точечного заряда следующим образом:


(4)

где 1 и 2- потенциалы начальной и конечной точек положения заряда q. Напомним, что введение понятий потенциала и потенциальной энергии заряда в электрическом поле связано с тем, что работа по перемещению заряда в электрическом поле не зависит от траектории перемещения, а определяется лишь начальным и конечным положением заряда. В соответствии с (4) эта работа определяется разностью потенциалов начальной и конечной точек.

Найдем взаимосвязь между характеристиками электростатического поля- напряженностью и потенциалом. Для этого рассчитаем работу при малом перемещении точечного заряда q в электрическом поле. По определению, элементарная механическая работа

(5)

В соответствии с (4) эта же работа равна

(6)

Сопоставляя формулы (5) и (6) и учитывая формулу для силы (2) получим

(7)

Спроецировав выражение (7) на оси координат, получим:

, , (8)

Из формул (8) легко “сконструировать” вектор напряженности электрического поля:

(9)

Выражение в скобках называется градиентом потенциала и сокращенно записывается так:

или (10)

Градиент функции- это вектор, характеризующий скорость пространственного изменения функции и направленный в сторону максимального возрастания этой функции. Как видно из формулы (10), вектор напряженности электрического поля направлен в сторону, противоположную максимальному возрастанию потенциала.


Отметим, что во многих практических задачах требуется знание напряженности электрического поля. Однако, легче рассчитать скалярную величину- потенциал, а затем по формуле (10) вычислить вектор напряженности электрического поля. Формула (10) упрощается, если электрическое поле однородно, обладает аксиальной или центральной симметрией:

(11)

где r- направление изменения электрического поля.

Электростатическое поле удобно изображать графически в виде силовых линий и эквипотенциальных поверхностей. Условились силовые линии электрического поля проводить таким образом, чтобы касательная к силовой линии в данной точке совпадала с направлением вектора напряженности электрического поля в данной точке, а число силовых линий, приходящихся на единичную перпендикулярную к ним площадку, равнялось модулю вектора E.

Эквипотенциальные поверхности- поверхности, во всех точках которых потенциал имеет одинаковое значение. Эквипотенциальные поверхности целесообразно проводить так, чтобы разность потенциалов между соседними поверхностями была бы для всех поверхностей одинаковой. Тогда по густоте эквипотенциальных поверхностей можно судить о значении напряженности поля в разных точках. Величина напряженности больше там, где эквипотенциальные поверхности расположены ближе друг к другу. В качестве примера на рис.1 приведено двумерное изображение электростатического поля.



Поскольку работа по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю, то исходя из формул (6) и (7) можно показать, что в каждой точке вектор напряженности электрического поля перпендикулярен эквипотенциальной поверхности и направлен в сторону уменьшения потенциала. Т.е. силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Если заряженные тела погрузить в проводящую среду, то в ней потечет электрический ток. Чтобы ток не прекращался, требуется непрерывное возобновление исходных зарядов путем подключения тел к внешнему источнику. В каждой точке среды ток характеризуется плотностью тока j- величиной тока, приходящейся на единицу площади, перпендикулярной направлению тока. Между плотностью тока и напряженностью электрического поля существует связь, называемая законом Ома в дифференциальной форме:


(12)

где - удельная электропроводность среды, величина, обратная удельному сопротивлению. При постоянном токе распределение заряда в пространстве не изменяется и электрическое поле точно такое же, как и в электростатическом случае. Из уравнения (12) следует, что картина силовых линий электрического поля должна совпадать с картиной линий электорического тока. Эквипотенциальным линиям будут соответствовать линии,между точками которых отсутствует электрическое напряжение.

3. Описание лабораторной установки

Установка представляет собой прямоугольную ванну с электролитом, в которую погружены два электрода. Электроды присоединены к источнику постоянного низковольтного напряжения. Один из электродов через вольтметр связан с подвижным зондом ( курсор ). Вольтметр показывает напряжение между отрицательно заряженным электродом и точкой в ванне, в которую помещен зонд.

4. Задание

1. В работе требуется получить графическое изображение электрического поля при различных положениях электродов. Для этого в отчете начертите дважды сечение ванны ( Два прямоугольника с размерами: по вертикали 16 делений и по горизонтали 20 делений), нанесите координатную сетку, изобразите электроды. В первом случае электроды представляют собой два тонких кольца радиусом 1 см, во втором- отрицательно заряженная плоскость и положительно заряженное тонкое кольцо радиусом 1 см.

2. Установите зонд в какую-либо точку ванны. Вольтметр покажет напряжение между этой точкой и отрицательно заряженным электродом. Найдите в ванне точку с показанием вольтметра 1В. Отметьте ее на чертеже. Далее найдите другую точку с таким же показанием вольтметра. Это означает, что разность потенциалов между двумя найденными точками равна нулю, следовательно, они находятся на одной эквипотенциальной поверхности. Отметьте вторую точку на чертеже. Найдите еще три точки с таким же показанием вольтметра. Соедините полученные точки линией. Это и есть эквипотенциальная линия. Эквипотенциальные линии должны начинаться и кончаться вблизи краев ванны.


3. Повторите измерения по п.2 для 2В, 3В, …, 9В. На чертеже получится изображение эквипотенциальных линий.

4. Проделайте измерения по п.2 и п.3 для второй ванны.

5. На чертежах с изображением эквипотенциальных линий нанесите силовые линии (по 5 силовых линий на каждую ванну). Помните, что силовые линии начинаются и заканчиваются на заряженных телах и перпендикулярны эквипотенциальным линиям.

6. В точках с координатами (4,8), (10,8) и (17,8) оцените величину напряженности электрического поля по формуле (11).

5. Контрольные вопросы

1. Дайте определение электростатического поля и его характеристик.

2. Оцените величину силы, действующей на электрон, помещенный в некоторую точку исследуемого поля.

3. Рассчитайте работу по перемещению электрона между двумя точками в исследуемом поле (точки выбираются произвольно).

4. Могут ли пересекаться линии вектора напряженности электрического поля?

5. Могут ли пересекаться эквипотенциальные линии? Почему?

6. Какое ускорение приобретает электрон, двигаясь по эквипотенциальной линии?

6. Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики- М.: Наука, 1988.- Глава 1.