Определение напряженности поля, создаваемого кольцом

Определение напряженности электрического поля

на оси заряженного кольца»

Цель работы: Экспериментальная проверка теоретического материала, изложенного в лекции

В работе определяется положение заряженного шарика (пробный заряд), движущегося вдоль оси заряженного тонкого кольца. На основании этих данных Вам следует определить распределение напряженности электрического поля вдоль оси заряженного кольца. Полученные результаты необходимо сравнить с теоретическим расчетом.

Схема установки

1- Тонкое кольцо, на котором находится заряд Q

2- Брусок

3- Шарик, заряд которого равен q.

Х- ось кольца, указывающая на положение шарика

Х - ось, указывающая на положение точки подвеса шарика

Рис.1 Схема установки

Заряд Q, равномерно распределенный по тонкому кольцу, создает электрическое поле. Брусок 2 движется равномерно в направлении, указанном стрелкой. Этот брусок перемещает нить длиной l, к которой прикреплен шарик 3, несущий заряд q (пробный заряд). Электрическое поле, создаваемое кольцом, отклоняет шарик на некоторый угол α относительно его вертикального положения. Периодически измеряются координаты шарика, перемещающегося вдоль оси кольца (данные, считываемые с показаний по оси Х) и данные относительно положения точки подвеса нити, отсчитываемые по горизонтали (данные, считываемые с показаний по оси Х).

Определение напряженности поля, создаваемого кольцом

Будем считать, что шарик в любой момент времени находится в равновесном положении. Тогда сумма сил, действующих на заряженный шарик, равна нулю.

а) б)

Рис2. Силы, действующие на шарик

Согласно рис 2а, угол отклонения шарика от вертикального положения α связан с силой тяжести шарика и силой, действующий на заряженный шарик со стороны поля, создаваемого кольцом, соотношением: F_кул=mg·tgα.

С другой стороны , где разность между положениями шарика в электрическом поле и при его отcутствии.

Считая, что угол α мал, можно заменить sinα на tgα и тогда

Откуда

Поделив выражение для кулоновской силы на величину пробного заряда q, получим выражение для напряженности электрического поля, создаваемого заряженным кольцом:

(1)

Согласно теоретическим расчетам, изложенным в лекции, напряженность электрического поля на оси заряженного кольца определяется соотношением:

(2)