الكهرومغناطيسية
شحنة مصدر موجبة مفردة
شحنة مصدر موجبة مفردة تنتج خطوط مجال شعاعية ومجالًا كهربائيًا تربيعيًا عكسيًا.
شحنة مصدر موجبة مفردة — محاكاة الكهرومغناطيسية تفاعلية. شحنة مصدر موجبة مفردة تنتج خطوط مجال شعاعية ومجالًا كهربائيًا تربيعيًا عكسيًا. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
قانون كولوم
راقب خطوط المجال الشعاعية وشبكة أسهم E تتباعد من الشحنة الموجبة.
الشحنة النقطية المعزولة تولّد مجالًا كهربائيًا شعاعيًا E = kq/r² يتناقص عكسيًا مع مربع المسافة. خطوط المجال تشع إلى الخارج من الشحنات الموجبة وإلى الداخل نحو السالبة. اضغط تشغيل لترى شبكة الأسهم E تنبض؛ حرّك شحنة الاختبار واقرأ |E| وV في لوحة الخصائص. التنافر الكولومبي والبنية الذرية ينطلقان كلاهما من هذا النمط.
- F = kq₁q₂/r²
- E = kq/r²
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
شحنة نقطية مفردة في الفضاء. إذا نقلت نقطة اختبار ضعف البعد، فكم يهبط المجال الكهربائي؟
توقعات للموازنة
- يهبط إلى 1/4 — يتناقص مع مربع المسافة.
- يهبط إلى 1/2 — يتناقص خطيًا مع المسافة.
- يبقى المجال كما هو مهما كانت المسافة.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- المسافة r (m)
ما تقيسه:
- الجهد V (V)
- شدة المجال E (N/C)
كيف يجري التحقيق
- افتح مسبق الشحنة المفردة واضغط إعادة الضبط. شحنة المصدر ثابتة عند q = 5 nC.
- فعّل قراءة شدة المجال عند نقطة اختبار.
- اضبط مسافة نقطة الاختبار عن الشحنة لكل تجربة وسجل شدة المجال.
المعادلة الحاكمة
قانون كولوم — E = k·q/r²
تنشئ الشحنة النقطية مجالًا كهربائيًا شعاعيًا يهبط مع مربع المسافة: E = kq/r²، حيث k = 1/(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C². القوة على شحنة اختبار هي F = qE.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب E = kq/r² باستخدام k = 8.99×10⁹ N·m²/C² و q = 5 nC. قارن بالجدول.
- بقانون التربيع العكسي، اشرح لماذا تربيع المسافة يربّع شدة المجال بدل تنصيفها.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- عمود الجهد لديك (V = kq/r) يهبط بنعومة أكثر من المجال (1/r بدل 1/r²). اشرح لماذا للجهد والمجال اعتمادان مختلفان على المسافة رغم أن كليهما يأتي من شحنة المصدر نفسها.
- قانون كولوم E = kq/r² له الصيغة الرياضية نفسها تمامًا لمجال الجاذبية النيوتني g = GM/r². لماذا قد تشترك قوتان مختلفتان كليًا (كهربائية وثقالية) في هذه البنية العكسية مع المربع؟
- AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 8: Electric Charges, Fields, and Gauss's Law
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- Middle School Physical Science — Electric and magnetic force strength
- Middle School Physical Science — Fields without contact
- أهلًا بك في الشحنة المفردة
- حدد الشحنة
- اضغط تشغيل
- قوة بين شحنتين
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.