電磁気学
電気双極子
試験電荷をドラッグしてください—電気力線は + から − へ向かい、力は F = qE に従います。
電気双極子 — インタラクティブな電磁気学シミュレーション。試験電荷をドラッグしてください—電気力線は + から − へ向かい、力は F = qE に従います。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
電気双極子
試験電荷をドラッグ — 電場線は + から − へ、力は F = qE に従います。
試験電荷をドラッグ — 電場線は + から − へ、力は F = qE に従います。
- + と − がつくる E
- F = qE
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
正電荷と、それと等しい負電荷が一定距離だけ離れている。二つの中点では、電場は打ち消し合うか、それとも加わるか？
検討する予測
- 電場は中点で正確に打ち消し合う。
- 電場は互いに垂直で、単純に加算も相殺もされない。
- 電場は加わる — 中点で、両方の電荷が試験電荷を同じ方向へ押す／引く。
可変的な役割
設定するもの：
- 半距離 s (m)
測定するもの：
- 中点での電場強度 E (N/C)
実験の進め方
- dipole プリセットを開き、「リセット」を押す。電荷は ±3 nC である。
- 中点での電場強度表示を有効にする。
- 各試行について、各電荷と中点の間の半距離を設定し、その場所の電場強度を記録する。
支配方程式
双極子の中点での重ね合わせ — E = k·q/r²
二つの電荷による正味の電場は、それぞれの電場のベクトル和（重ね合わせ）である。双極子の中点では、正電荷の電場は正電荷から離れる向き、負電荷の電場は負電荷へ向かう向きとなり、両方が同じ方向を向くため加わる：E = 2kq/s²。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、k = 8.99×10⁹ N·m²/C²、q = 3 nC を用いて E = 2kq/s² を計算する。表と比較する。
- 係数 2 が現れる理由を説明する。中点では、正電荷から外向きの電場と負電荷へ向かう電場が同じ方向を向くため、大きさは相殺せず加わる。
実験以外での活用
- 双極子から遠い場所（距離が電荷間隔よりはるかに大きい場所）では、電場は 1/r² よりさらに速く、1/r³ に近い割合で減少する。これは二つの電荷の電場がほぼ相殺するためである。遠距離でほぼ完全に相殺すると、単一の点電荷より電場が弱くなる理由を説明する。
- 水分子は小さな電気双極子（片側がわずかに正、もう片側がわずかに負）として振る舞う。この双極子性が、水に塩のようなイオン化合物を溶かしやすくする理由を説明する。
- 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 — Fields without contact
- 双極子へようこそ
- 検査電荷を選択
- 再生
- 双極子の電場
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。