电磁学
孤立导体球
半径 R 的孤立导体球 C = 4πε₀R——将 pF 读数与教材值对比。
孤立导体球——交互式电磁学模拟。半径 R 的孤立导体球 C = 4πε₀R——将 pF 读数与教材值对比。 免费的基于浏览器的虚拟物理实验室，提供实时 SI 测量和分步引导教程。
球形电容
半径 R 的孤立导体球 C = 4πε₀R——将 pF 读数与教材值对比。
半径为 R 的孤立导体球在电势 V 下储存电荷 Q = CV，其中 C = 4πε₀R——电容与半径呈线性增长。电荷分布在外表面；导体内部 E = 0。将 pF 读数与显示半径对应的 4πε₀R 进行比较。
- 孤立球体容量 C = 4πε₀R
- 电容能量 U = ½CV²
调查简介
在打开实验室之前计划好问题
这份简介反映预渲染页面：探究问题、相互竞争的预测、变量角色、支配定律、设置以及分析和拓展提示都会按此顺序保持可见。
驾驶问题
充电到一定电压的单个隔离导电球也具有电容——即使附近没有第二块板。如果提高球体的电压，球体外部的磁场是否会成比例增加？
预测权重
- 不——磁场以更复杂的方式依赖于电压。
- 是的——外部场与球体的电压成正比。
- 外部场根本不依赖于球体的电压。
可变角色
您设置的内容：
- 球电压V (V)
您测量的内容：
- 电容C (pF)
- 外场E (N/C)
调查如何进行
- 打开「孤立的带电球体（isolated-sphere）」预设并按重置。球体的半径固定为 8 厘米。
- 启用外部电场强度读数。
- 设置每次试验的球体电压，并记录在距其中心的球体半径两倍处测量的场强。
控制方程
隔离球电容 — C = 4πε₀R
半径为 R 的隔离导电球体相对于无穷大的电容 C = 4πε₀R。与 parallel-plate 电容器不同，它不需要附近有第二个导体 - “其余空间”充当另一个板。
可打印的工作表要求学生完成什么
- 对于一次试验，使用 R = 0.08 m（每次试验中相同）计算 C = 4πε₀R，然后对于距中心半径 2R 的场，计算 E = V/(2R)。将两者与表进行比较。
- 解释为什么在固定测量点（此处为距中心 2R）处，外部场与球体电压成线性比例 - 即使点电荷场本身以 1/r² 衰减。
这在实验室之外的地方表现出来
- 范德格拉夫起电机会将一个孤立的金属球充电至极高的电压。对于实验室大小的球体，其电容C = 4πε₀R相当小，正因如此，即使是少量的电荷也能使其达到极高的电压（V = Q/C）。
- 地球本身的行为近似于一个带有少量负表面电荷的孤立带电球体。使用 C = 4πε₀R 和地球半径 (~6.4×10⁶ m)，您预计地球的电容会比本实验的 8 cm 球体更大还是更小？
- 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
- 欢迎来到孤立导体球
- 选择导体球
- 点击播放
- 导体球上的储能
- 打开检查器
- 完成了！
打开交互式模拟以构建场景，点击运行，并通过实时测量和引导式教程进行探索。