库仑定律：点电荷周围的场
1·预测
单点电荷单独存在于太空中。如果将测试点移动两倍远，电场强度会下降多少？
- 视场下降到 1/4——它随着距离的平方而下降。
- 场下降到 1/2——它随着距离线性下降。
- 无论距离如何，场都保持不变。
2·设置
- 打开「库仑定律：点电荷周围的场（single-charge）」预设并按重置。源电荷固定为 q = 5 nC。
- 启用测试点处的电场强度读数。
- 设置每次试验的测试点与电荷的距离并记录场强。
3·收集数据
| 距离r (m) | 电位V (V) | 场强E (N/C) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 2.00 | ||
| 3.00 |
针对三次试验，绘制电场强度E（y轴）相对1/r²（x轴）的关系图。直线是否通过原点？
4·分析
- 对于其中一次试验，使用k = 8.99×10⁹ N·m²/C²、q = 5 nC，计算E = kq/r²。将结果与表格比较。
- 请利用平方反比定律解释，为什么距离加倍会使场强变为原来的四分之一，而不是二分之一。
5·扩展
- 您的电势柱 (V = kq/r) 比场（1/r 而不是 1/r²）掉落得更温和。解释为什么电势和场具有不同的距离依赖性，即使两者都来自相同的源电荷。
- 库仑定律E = kq/r²与牛顿引力场g = GM/r²具有完全相同的数学形式。为什么两种完全不同的力（电力与引力）会共享这种平方反比结构？
这个实验背后的物理原理
库仑定律
点电荷产生一个径向电场，该电场随距离的平方而减弱：E = kq/r²，其中 k = 1/(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C²。测试电荷上的力为 F = qE。