D.2 · Medan listrik dan medan magnet

Lembar kerja ini mencakup topik HL terpilih untuk kurikulum yang pertama kali diassesmen pada 2025; ini bukan keseluruhan silabus.

Prasyarat: baca kuantitas dan satuan yang ditentukan, serta gunakan aritmatika dan kondisi model di bawah ini.

Contoh-contoh ini orisinal dan fiksi: mereka bukan pengukuran nyata atau investigasi mahasiswa sungguhan.

Apa yang akan menjelaskan observasi ini?

• Partikel bermuatan negatif mengalami gaya listrik berlawanan dengan arah medan. Arah medan didefinisikan menggunakan muatan uji positif.

Bangun modelnya

• Kekuatan medan listrik adalah gaya per satuan muatan uji positif.
• Muatan sejenis tolak-menolak dan muatan berlawanan tarik-menarik.
• Garis-garis medan mengarah menjauhi muatan positif dan menuju muatan negatif.
• Garis yang rapat merepresentasikan medan yang lebih kuat dalam diagram yang digambar secara konsisten.
• kekuatan medan listrik: Gaya listrik per satuan muatan uji positif.
• muatan uji: Muatan kecil yang digunakan untuk menyelidiki medan listrik.

Pilih bukti yang dapat mengujinya

• Dalam medan seragam antara pelat sejajar ideal, E = V/d menjauhi efek tepi.
• Gaya adalah F = qE, sehingga arahnya berbalik untuk muatan negatif.
• Gaya Coulomb antara muatan titik ideal berkurang dengan kuadrat jarak pisah.

Di laboratorium: Gambar polaritas pelat berlabel, anak panah medan, dan muatan sebelum menghitung. Konversikan jarak pisah ke meter. Di sekolah, gunakan simulasi atau model elektrostatis tegangan rendah yang disetujui daripada peralatan tegangan tinggi yang terekspos.

Bekerja dari kuantitas yang diketahui

• Diketahui: beda potensial pelat adalah 120 V dan jarak pisahnya 0.020 m.
• E = V/d = 6,000 V/m.
• Muatan +2.0 mikrocoulomb mengalami F = qE = 0.012 N searah medan; muatan −2.0 mikrocoulomb mengalami besaran yang sama berlawanan arahnya.

Gilir Anda: Gunakan E = V/d. Temukan E untuk 100 V di atas 0.025 m.

Periksa kesimpulan dan batasannya

• Kekuatan medan adalah vektor.
• Beda potensial adalah energi per muatan dan bukan besaran yang sama.
• Gambar garis medan adalah model, bukan serangkaian benang fisik.

Tidak benar: Setiap partikel bermuatan mengalami gaya sepanjang arah medan listrik. Arah medan didefinisikan oleh gaya pada muatan POSITIF. Partikel negatif merasakan gaya berlawanan dengan medan, jadi arah medan bukan arah gaya setiap partikel.

Kunci:

• Kekuatan medan listrik adalah gaya per satuan muatan uji positif.
• Dalam medan seragam antara pelat sejajar ideal, E = V/d menjauhi efek tepi.
• Waspadai: kekuatan medan adalah vektor.

Tulis dari medan 5000 volt per meter

• Beda potensial 80 V berada di celah 0.016 m.
• Temukan kekuatan medan listrik. Muatan negatif merasakan gaya berlawanan.

Tulis dari penambahan energi 3.2 kali sepuluh pangkat minus 17 joule

• Sebuah proton (muatan 1.6 × 10⁻¹⁹ C) dipercepat melalui 200 V.
• Energi = qV = 3.2 × 10⁻¹⁷ J = 200 eV — volt adalah energi per satuan muatan, sehingga celah 200 V memberikan proton tepat 200 eV.

Tulis dari lintasan kerja nol

• Muatan bergerak sepanjang permukaan ekuipotensial.
• ΔV = 0, sehingga perubahan energi qΔV = 0 — medan tidak melakukan kerja; gerakan tegak lurus terhadap garis medan tidak mengubah apa pun.

Tulis dari pasangan gaya dalam satu medan

• Antara pelat dengan E = 6,000 V per meter, muatan +2.0 dan −2.0 mikrocoulomb masing-masing berada di dalamnya.
• Masing-masing mengalami gaya 0.012 N — BESAR SAMA, arah berlawanan: medan bekerja pada muatan, bukan untuknya.

Tulis dari medan di antara pelat

• Pelat sejajar 0.040 m terpisah membawa beda potensial 160 V.
• E = V ÷ d = 4,000 volt per meter, seragam di antara pelat — medan yang dirasakan muatan di seluruh celah.