电磁学
线电荷电场
线电荷产生柱对称场；观察线上下方的 E 箭头。
线电荷电场——交互式电磁学模拟。线电荷产生柱对称场；观察线上下方的 E 箭头。 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。
线电荷电场
线电荷产生柱对称电场；观察线上下方的 E 箭头。
均匀线电荷 λ 产生垂直于导线的柱对称电场 E ∝ λ/r。静止线电荷无电流，故 B = 0——只有电场力 F_E = qE 作用于试探电荷（如黄色 F_E 箭头所示）。在检查器中比较导线上下方的 |E|；距离减半，电场加倍。
- 线电荷电场 E ∝ λ/r（圆柱形）
- 电场力 F = qE
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
有限直杆携带沿其长度均匀分布的电荷。在垂直平分线上，电荷线产生的场是否遵循与点电荷相同的 1/r² 定律？
预测权重
- 是的——从足够远的地方看，它看起来仍然像点电荷。
- 该场不取决于距扩展电荷分布的距离。
- 不——有限的电荷线有其自己的、更复杂的距离依赖性，而不是简单的 1/r² 定律。
可变角色
您设置的内容：
- 垂直距离d (m)
您测量的内容：
- 场强E_y (N/C)
调查如何进行
- 打开「有限电荷线场（line-charge）」预设并按重置。该棒在 4.8 m 长度上携带的线性电荷密度为 2 nC/m。
- 启用垂直平分线上的电场强度读数。
- 设置每次试验距杆中点的垂直距离并记录场强。
控制方程
有限带电线的场（在平分线上） — E = k·q/r²
沿着均匀带电的棒对库仑定律进行积分，会在垂直平分线上产生一个场，该场在无限线的 1/d 衰减（近处）和点电荷的 1/d² 衰减（远处）之间插值。
可打印的工作表要求学生完成什么
- 对于一项试验，使用 k = 8.99×10⁹ N·m²/C²、λ = 2 nC/m、L_half = 2.4 m 计算 E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²))。与表比较。
- 请解释为什么有限长带电线的电场不会化简为像1/r²那样简洁的幂律——它同时依赖于距离d和棒的半长，以组合形式√(L_half² + d²)出现。
这在实验室之外的地方表现出来
- 由于距离 d 与杆的长度相比变得非常小，因此公式接近 E ≈ −2kλ/d（经典的“无限电荷线”结果，下降为 1/d 而不是 1/d²）。使用你的公式解释为什么当你靠近有限杆时它会表现得像无限杆。
- 由于距离 d 与杆的长度相比变得非常大，因此公式应接近 point-charge 结果 E ≈ kQ_total/d²（其中 Q_total = λ·2L_half）。从物理上解释为什么扩展的电荷分布从足够远的地方看起来像点电荷。
- 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
- 欢迎来到线电荷
- 选择试探电荷
- 点击播放
- 线电荷的电场
- 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。