Ηλεκτρομαγνητισμός

Ένα θετικό φορτίο πηγής

Ένα θετικό φορτίο πηγής παράγει ακτινικές γραμμές πεδίου και ηλεκτρικό πεδίο αντίστροφου τετραγώνου.

Ένα θετικό φορτίο πηγής — διαδραστική προσομοίωση Ηλεκτρομαγνητισμός. Ένα θετικό φορτίο πηγής παράγει ακτινικές γραμμές πεδίου και ηλεκτρικό πεδίο αντίστροφου τετραγώνου. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Νόμος του Coulomb

Δες τις ακτινικές γραμμές πεδίου και το πλέγμα βελών E να αποκλίνουν από το θετικό φορτίο.

Ένα απομονωμένο σημειακό φορτίο παράγει ακτινικό ηλεκτρικό πεδίο E = kq/r² που αποδυναμώνεται με το αντίστροφο τετράγωνο της απόστασης. Οι γραμμές πεδίου ακτινοβολούν προς τα έξω από + φορτία και προς τα μέσα προς − φορτία. Πάτησε Αναπαραγωγή για να δεις το πλέγμα βελών E να πάλλεται· μετακίνησε το δοκιμαστικό φορτίο και διάβασε |E| και V στο πάνελ Ιδιότητες. Η άπωση Coulomb και η ατομική δομή ξεκινούν όλες από αυτό το σχήμα.

• F = kq₁q₂/r²
• E = kq/r²

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Ένα μεμονωμένο σημειακό φορτίο κάθεται μόνο του στον χώρο. Αν μετακινήσεις δοκιμαστικό σημείο διπλάσια μακριά, πόσο πέφτει η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Το πεδίο πέφτει στο 1/4 — μειώνεται με το τετράγωνο της απόστασης.
• Το πεδίο πέφτει στο 1/2 — μειώνεται γραμμικά με την απόσταση.
• Το πεδίο μένει ίδιο ανεξαρτήτως απόστασης.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Απόσταση r (m)

Τι μετράς:

• Δυναμικό V (V)
• Ένταση πεδίου E (N/C)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή single-charge και πάτησε Επαναφορά. Το φορτίο πηγής είναι σταθερό σε q = 5 nC.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη έντασης πεδίου σε δοκιμαστικό σημείο.
3. Ρύθμισε την απόσταση του δοκιμαστικού σημείου από το φορτίο για κάθε δοκιμή και κατέγραψε την ένταση πεδίου.

Κυρίαρχη εξίσωση

Νόμος Coulomb — E = k·q/r²

Σημειακό φορτίο δημιουργεί ακτινικό ηλεκτρικό πεδίο που μειώνεται με το τετράγωνο της απόστασης: E = kq/r², όπου k = 1/(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C². Η δύναμη σε δοκιμαστικό φορτίο είναι F = qE.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε E = kq/r² χρησιμοποιώντας k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC. Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Εξήγησε, χρησιμοποιώντας τον νόμο αντίστροφου τετραγώνου, γιατί ο διπλασιασμός της απόστασης μειώνει την ένταση πεδίου στο ένα τέταρτο αντί να τη μισοποιεί.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Η στήλη δυναμικού σου (V = kq/r) πέφτει πιο ήπια από το πεδίο (1/r αντί για 1/r²). Εξήγησε γιατί το δυναμικό και το πεδίο έχουν διαφορετική εξάρτηση απόστασης παρότι και τα δύο προέρχονται από το ίδιο φορτίο πηγής.
• Ο νόμος Coulomb E = kq/r² έχει το ακριβώς ίδιο μαθηματικό σχήμα με το βαρυτικό πεδίο Newton g = GM/r². Γιατί δύο εντελώς διαφορετικές δυνάμεις (ηλεκτρική και βαρυτική) μπορεί να μοιράζονται αυτή τη δομή αντίστροφου τετραγώνου;

• 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

1. Καλώς όρισες στο Μονό φορτίο
2. Επίλεξε το φορτίο
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Δύναμη μεταξύ φορτίων
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Νόμος Coulomb