庫侖定律：點電荷周圍的場
1·預測
單點電荷單獨存在於太空中。如果將測試點移動兩倍遠，電場強度會下降多少？
- 視場下降到 1/4——它隨著距離的平方而下降。
- 場下降到 1/2——它隨著距離線性下降。
- 無論距離如何，場都保持不變。
2·設定
- 開啟 single-charge 預設並按下 Reset。源電荷固定為 q = 5 nC。
- 啟用測試點處的電場強度讀數。
- 設定每次試驗的測試點與電荷的距離並記錄場強。
3·收集數據
| 距離r (m) | 電位V (V) | 場強E (N/C) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 2.00 | ||
| 3.00 |
針對三次試驗，繪製電場強度E（Y軸）相對1/r²（x軸）的關係圖。直線是否通過原點？
4·分析
- 對於一項試驗，使用 k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC 計算 E = kq/r²。與表比較。
- 請利用平方反比定律解釋，為什麼距離加倍會使場強變為原來的四分之一，而不是二分之一。
5·擴展
- 您的電位柱 (V = kq/r) 比場（1/r 而不是 1/r²）掉落得更溫和。解釋為什麼電位和場具有不同的距離依賴性，即使兩者都來自相同的源電荷。
- 庫侖定律E = kq/r²與牛頓重力場g = GM/r²具有完全相同的數學形式。為什麼兩種完全不同的力（電力與重力）會共享這種平方反比結構？
這個實驗背後的物理原理
庫侖定律
點電荷產生一個徑向電場，電場隨距離的平方而減弱：E = kq/r²，其中 k = 1/(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C²。測試電荷上的力為 F = qE。