背景gydF4y2Ba
自然界中有四种基本的相互作用;在物理学中，它们被称为基本力。这四种力是引力、电磁力、强核力和弱核力。本节课我们将重点讨论电磁力，特别是由电场(E)产生的力。gydF4y2Ba
与引力场相比，电场的概念有点深奥，因为我们与引力场的相互作用比与电场的相互作用要容易得多。如果我们拿起一个球(篮球、高尔夫球、棒球等)，把它扔下去，我们会看到它朝地球方向落下。这是因为球处于引力场中，地球产生的引力场与球的质量相互作用。我们假设，在大多数情况下，球所经历的引力场是均匀的，因此，球直接从你的手中落到地面。场对球施加的力为gydF4y2BaFgydF4y2Ba= mgydF4y2BaggydF4y2Ba（gydF4y2Ba力gydF4y2Ba=球的质量xgydF4y2Ba重力gydF4y2Ba）gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba．gydF4y2Ba
均匀引力场，ggydF4y2Ba
引力场FgydF4y2Ba∼gydF4y2Ba= m * ggydF4y2Ba∼gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba
电场有点不同，因为为了与电场相互作用，你需要使用物理学家通常所说的测试电荷。在电场中，测试电荷类似于重力场中的球。如果一个测试电荷被放置在电场中，它会像球在引力场中一样移动，因为电场与测试电荷的电荷相互作用，就像前面例子中重力与球的质量相互作用一样。电场在任何电荷源的周围都能产生。就像一个球可以有不同的质量取决于球的类型(棒球，篮球等)，测试电荷可以有不同的电荷量取决于源。用于测量测试电荷中电荷量的单位是库仑(C)，类似于球的质量单位，是千克(kg)。电场和引力场的另一个区别是，有质量的物体总是受到一个与引力场方向相同的力(即，对于地球表面附近的任何物体来说，都是朝着地面的力)。另一方面，对于电场中带电荷的物体，力的方向取决于电荷是负的还是正的。因为我们知道异性相吸，一个正的测试电荷会向电场的负电荷方向移动。同样，场的形状取决于产生场的物体的形状。 If you look at Figure 2 below, you will notice that a point charge produces a field that emanates radially from the point, whereas the two parallel plates that have charges placed on them produce a uniform field between them. As you may have noticed, the two parallel plates more closely resemble the uniform gravitational field from Figure 1, with the main difference being that the electric field can exist in any direction — unlike the gravitational field, which only moves down toward the Earth.
图2gydF4y2Ba
为什么在你的教室里这样做?gydF4y2Ba
- 帮助学生理解电场，想象电场，测试电荷，力和电势。gydF4y2Ba
- 帮助学生根据证据、观察和得出结论进行预测。gydF4y2Ba
- 让学生操纵变量和记录数据。gydF4y2Ba
材料gydF4y2Ba
- 透明的塑料盆(可以是特百惠，最好是大而平的，大约1 x 2英尺)gydF4y2Ba
- 4根带鳄鱼夹子的电线(最好);普通的电线也可以gydF4y2Ba
- 金属垫圈gydF4y2Ba
- 两根金属棒gydF4y2Ba
- 伏特计gydF4y2Ba
- 9伏电池(如果你有可变直流电源)gydF4y2Ba
- 图纸(2张)gydF4y2Ba
过程gydF4y2Ba
按照以下步骤来做这项活动。观看下面的演示视频。gydF4y2Ba
- 在图表上做标签(行上有数字，列上有字母)。gydF4y2Ba
- 把图纸放在浴缸下面。gydF4y2Ba
- 在浴缸里装满大约一英寸的水。gydF4y2Ba
- 把两根金属棒(或垫圈)放在浴缸里，放在图纸的边缘(你应该能从浴缸底部看到图纸)。gydF4y2Ba
- 用电线将电池的正极连接到其中一根棒上。gydF4y2Ba
- 用一根电线将电池的负极端连接到另一根棒上。gydF4y2Ba
- 将伏特计的负端(黑色引线)连接到步骤6中的杆子上。gydF4y2Ba
- 用电压表的正极作为你的测试电荷。gydF4y2Ba
- 试着把正极铅(红色铅)放在两根杆子之间的某个地方。gydF4y2Ba
- 根据导线的位置不同，电压表上的读数也会不同。gydF4y2Ba
- 如果你把它放在正棒附近，你应该得到一个接近9伏的读数，如果你把它移到负棒，你的伏特应该下降。gydF4y2Ba
- 将测试电荷放在两杆之间的某处，并记录位置和电压(例如;7.5v在B8)。然后移动测试电荷到不同的位置，直到找到相同的电压，并再次记录位置和数量。继续这样做，直到你有至少五个点。然后画一条线连接这些点。继续使用盆中的不同位置进行此操作，直到您对磁场线的外观有了很好的了解。gydF4y2Ba
视频gydF4y2Ba
更多信息请联系MagLab教育工作者gydF4y2Ba卡洛斯别墅gydF4y2Ba．gydF4y2Ba