Закон Кулона: поле навколо точкового заряду
1 · Прогноз
Один точковий заряд сам у просторі. Якщо перенести пробну точку вдвічі далі, наскільки падає напруженість електричного поля?
- Поле падає до 1/4 — воно спадає з квадратом відстані.
- Поле падає до 1/2 — воно спадає лінійно з відстанню.
- Поле те саме незалежно від відстані.
2 · Установка
- Відкрийте пресет одного заряду та натисніть «Скинути». Джерельний заряд фіксований q = 5 нКл.
- Увімкніть показ напруженості поля в пробній точці.
- Задайте відстань пробної точки від заряду для кожного заміру та запишіть напруженість поля.
3 · Збір даних
| Відстань r (m) | Потенціал V (V) | Напруженість поля E (N/C) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 2.00 | ||
| 3.00 |
Побудуйте графік напруженості E (вісь y) проти 1/r² (вісь x) для трьох замірів. Чи пряма лінія через початок?
4 · Аналіз
- Для одного заміру обчисліть E = kq/r² з k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 нКл. Порівняйте з таблицею.
- Поясніть, використовуючи закон оберненого квадрата, чому подвоєння відстані четвертує напруженість поля, а не уполовинює її.
5 · Поглиблення
- Ваша колонка потенціалу (V = kq/r) спадає м'якше за поле (1/r замість 1/r²). Поясніть, чому потенціал і поле мають різну залежність від відстані, хочо́ оба походять від того самого заряду-джерела.
- Закон Кулона E = kq/r² має точно ту саму математичну форму, що й гравітаційне поле Ньютона g = GM/r². Чому дві зовсім різні сили (електрична й гравітаційна) можуть мати цю структуру оберненого квадрата?
Фізика цього експерименту
Закон Кулона
Точковий заряд створює радіальне електричне поле, що спадає з квадратом відстані: E = kq/r², де k = 1/(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C². Сила на пробний заряд — F = qE.