關於此實驗
每個電荷周圍都會形成電場，其他電荷感受到的推力或拉力，以及電位，也就是電荷在各個位置所具有的單位電荷能量。放置正電荷與負電荷，觀察電場線從正極延伸至負極、等電位線與其垂直相交，再移動探針，在任何位置測量電場強度與電位。偶極子、兩個同種電荷，以及平行板電容器的場分布，是從 GCSE、AP 到 IB 和大學各類物理課程都會介紹的內容。
學習目標
- 計算點電荷的電場和電位，並疊加多個電荷產生的貢獻
- 繪製常見電荷排列的電場線，並說明它們的間距代表什麼
- 解釋為什麼等電位線總是與電場線垂直相交
- 說明電場強度與等電位線間距的關係，E = −dV/dx
- 描述平行板之間近似均勻的電場
使用方法
- 1選擇「單一電荷」。將探針先移到距電荷10 cm處，再移到20 cm處。E和V分別改變了多少倍？
- 2選擇「偶極子」。找出V = 0的線。該處的電場也為零嗎？
- 3選擇「同號電荷」，尋找電場為零的點。該處的電場線會如何？
- 4選擇+3和−1。為什麼從+3電荷發出的一些電場線永遠不會到達−1電荷？
- 5選擇「平行板」。在兩板之間移動探針。E如何變化？比較板內和板外等電位線的間距。
- 6開啟電場箭頭，並將其方向與電場線和等電位線進行比較。
模型
假設
- 電荷是固定在真空中的點，以小圓盤表示。電場僅顯示於螢幕所在的平面內。
- 電場線從正電荷出發，每奈庫侖畫六條，並終止於負電荷或延伸出螢幕。如果負電荷的電量較大，則改為從負電荷畫出電場線。
- 平行板以兩排、每排七個點電荷來建模，因此板間的電場接近均勻，但並非完全均勻。
- 電位以無限遠處為零點來測量。
在課堂上試試這個實驗
- Q1一個 +2 nC 的電荷位於 0.10 m 之外。該處的 E 和 V 是多少？
- Q2兩個電荷 +4 nC 和 +1 nC 相距 0.30 m。在它們之間的連線上，電場在哪一點為零？
- Q3為什麼兩條電場線永遠不會相交？
- Q4沿等電位線移動電荷時，所做的功是多少？
- Q5兩塊平行板相距 2.0 cm，連接到 100 V 電壓。兩板之間的電場是多少？1 nC 的電荷會受到多大的力？
常見問題
電場線真的存在嗎？
不存在。電場線是邁可·法拉第發明的一種繪圖工具。線的方向表示正電荷受力的方向，線的疏密表示電場強度。電場本身存在於每一個點，包括電場線之間。
為什麼負電荷附近的電位是負的？
電位是指把一個正試探電荷從遠處移到某處所需的功，除以電荷量。負電荷附近的試探電荷會受到吸引，因此你所做的功為負，電位也為負。
電位不為零的地方，電場能為零嗎？反過來也可以嗎？
可以。兩個等量同號電荷的中點處，電場為零，但電位不為零。電偶極子的中點處，電位為零，但電場很強。電場取決於 V 的變化有多快，而不是它的數值。