電磁學
孤立導體球
半徑 R 的孤立導體球 C = 4πε₀R——將 pF 讀數與教材值對比。
孤立導體球——互動式電磁學模擬。半徑 R 的孤立導體球 C = 4πε₀R——將 pF 讀數與教材值對比。 免費的瀏覽器物理虛擬實驗室，提供即時 SI 測量與分步引導教學。
球形電容
半徑 R 的孤立導體球 C = 4πε₀R——將 pF 讀數與教材值對比。
半徑 R 的孤立導體球 C = 4πε₀R——將 pF 讀數與教材值對比。
- 孤立球體容量 C = 4πε₀R
- 電容能量 U = ½CV²
調查簡介
在打開實驗室之前先規劃好問題
這份簡報反映預先渲染的頁面：探究問題、互相競爭的預測、變數角色、支配定律、設定，以及分析和延伸提示都會以此順序保持可見。
駕駛問題
充電到一定電壓的單一隔離導電球也具有電容——即使附近沒有第二塊板。如果提高球體的電壓，球體外部的磁場是否會成比例增加？
預測權重
- 不——磁場以更複雜的方式依賴電壓。
- 是的－外部場與球體的電壓成正比。
- 外部場根本不依賴球體的電壓。
可變角色
您設定的內容：
- 球電壓V (V)
您測量的內容：
- 電容C (pF)
- 外場E (N/C)
調查如何進行
- 開啟 isolated-sphere 預設並按下 Reset。球體的半徑固定為 8 公分。
- 啟用外部電場強度讀數。
- 設定每次試驗的球體電壓，並記錄在距其中心的球體半徑兩倍處測量的場強。
控制方程
隔離球電容 — C = 4πε₀R
半徑為 R 的隔離導電球體相對於無限大的電容 C = 4πε₀R。與 parallel-plate 電容器不同，它不需要附近有第二個導體 - 「其餘空間」充當另一個板。
可列印的工作表要求學生完成什麼
- 對於一次試驗，使用 R = 0.08 m（每次試驗相同）計算 C = 4πε₀R，然後對於距中心半徑 2R 的場，計算 E = V/(2R)。將兩者與表格進行比較。
- 解釋為什麼在固定測量點（此處為距中心 2R）處，外部場與球體電壓成線性比例 - 即使點電荷場本身以 1/r² 衰減。
這在實驗室之外的地方表現出來
- 凡得格拉夫起電機會將一個孤立的金屬球充電至極高的電壓。對於實驗室大小的球體，其電容C = 4πε₀R相當小，正因如此，即使是少量的電荷也能使其達到極高的電壓（V = Q/C）。
- 地球本身的行為近似於一個帶有少量負表面電荷的孤立帶電球體。使用 C = 4πε₀R 和地球半徑 (~6.4×10⁶ m)，您預期地球的電容會比本實驗的 8 cm 球體更大還是更小？
- AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 10: Conductors and Capacitors
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 9: Electric Potential
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Energy in particle motion and fields
- 歡迎來到孤立導體球
- 選擇導體球
- 按播放
- 導體球上的儲能
- 打開學習側欄面板
- 完成了！
打開互動式模擬以構建場景，點擊運行，並透過即時測量和引導式教學進行探索。