关于此实验
每个电荷周围都会形成电场，其他电荷感受到的推力或拉力，以及电势，即电荷在每个位置所具有的单位电荷能量。放置正电荷和负电荷，观察电场线从正极延伸至负极、等势线与其垂直相交，然后移动探针，在任意位置测量电场强度和电势。偶极子、两个同种电荷以及平行板电容器的场分布，是从 GCSE、AP 到 IB 和大学各类物理课程都会讲到的内容。
学习目标
- 计算点电荷的电场和电势，并叠加多个电荷产生的贡献
- 绘制常见电荷排列的电场线，并说明它们的间距表示什么
- 解释为什么等势线总是与电场线垂直相交
- 说明电场强度与等势线间距的关系，E = −dV/dx
- 描述平行板之间近似均匀的电场
使用方法
- 1选择“单个电荷”。将探针先移到距电荷10 cm处，再移到20 cm处。E和V分别变化了多少倍？
- 2选择“偶极子”。找出V = 0的线。该处的电场也为零吗？
- 3选择“同号电荷”，寻找电场为零的点。该处的电场线会怎样？
- 4选择+3和−1。为什么从+3电荷发出的一些电场线永远不会到达−1电荷？
- 5选择“平行板”。在两板之间移动探针。E如何变化？比较板内和板外等势线的间距。
- 6打开电场箭头，并将其方向与电场线和等势线进行比较。
模型
假设
- 电荷是固定在真空中的点，用小圆盘表示。电场仅显示在屏幕所在的平面内。
- 电场线从正电荷出发，每纳库仑画六条，并终止于负电荷或延伸出屏幕。如果负电荷的电荷量更大，则改为从负电荷画出电场线。
- 平行板被建模为两排、每排七个点电荷，因此板间的电场接近但并非完全均匀。
- 电势以无穷远处为零点进行测量。
在课堂上试试这个实验
- Q1一个 +2 nC 的电荷位于 0.10 m 之外。该处的 E 和 V 是多少？
- Q2两个电荷 +4 nC 和 +1 nC 相距 0.30 m。在它们之间的连线上，电场在哪一点为零？
- Q3为什么两条电场线永远不会相交？
- Q4沿等势线移动电荷时，所做的功是多少？
- Q5两块平行板相距 2.0 cm，连接到 100 V 电压。两板之间的电场是多少？1 nC 的电荷会受到多大的力？
常见问题
电场线真的存在吗？
不存在。电场线是迈克尔·法拉第发明的一种绘图工具。线的方向表示正电荷受力的方向，线的疏密表示电场强度。电场本身存在于每一个点，包括电场线之间。
为什么负电荷附近的电势是负的？
电势是指把一个正试探电荷从远处移到某处所需的功，除以电荷量。负电荷附近的试探电荷会受到吸引，因此你所做的功为负，电势也为负。
电势不为零的地方，电场能为零吗？反过来也可以吗？
可以。两个等量同号电荷的中点处，电场为零，但电势不为零。电偶极子的中点处，电势为零，但电场很强。电场取决于 V 的变化有多快，而不是它的数值。