大学物理实验用稳恒电流场模拟静电场.ppt

一、实验目的 1. 了解模拟实验法的适用条件。 2. 能用模拟法求出给定电极（同轴圆柱电 缆、两点电荷）的电场分布。 Page 81 实验7 用稳恒电流场模拟静电场 在工程技术上，需要知道电极系统的电场分布情况 才能研究引入新电极后 对电子运动的影响 目的：了解电子或带电质点在该电场中的运动规律 怎么知道电场分布？ 才能研究电子束在示 波管中的聚集和偏转 例如，在示波管中， 知道电极电场分布 在电子管中， 知道电场分布 二、实验原理 电场 分布 解析法： 模拟实验法： 少数几种简单情况 精度不高，但对于一般工程 设计来说，已能满足要求 什么是模拟法？在科学实验研究中应用广泛 易于实现，易测的物理状态或过程 不易实现，不易测的物理状态或过程 模拟 模拟实验法： a. 物理模拟 ：保持同一物理 场本身，把相同的物理现象/ 过程缩小或放大模拟再现。 如“风洞”的飞机模型，模拟 实际飞机在大气中飞行。 b. 数学模拟：两个不同本质的物理过程，用同 一个数学方程来描述。 直接测静电场存在困难： a. 静电场中没有电流，电磁式电表 不会偏转。 b. 若探针伸入静电场，探针会产生 感应电荷，使原电场产生显著畸变。 为什么不直接测静电场， 而要用稳恒电流场模拟静电场？ 1、电流场与静电场比较： 等效性? 是否可以用稳恒电流场模拟静电场？ 稳恒电流场与静电场是否具备模拟条件？ 稳恒电流场： 电流连续方程 两场服从的规律： 数学形式相同， 且边界条件相同 故可用电流场模拟静电场（数学模拟） 静电场： 电场强度 则电场、电位分布完全相类似 同轴圆柱电缆的静电场 如何实现电流场模拟静电场？ 稳恒电流场 模拟 电荷线密度 真空介电常数 电导率 圆柱形电流场和电位 同轴电缆静电场和电位 模拟 相似性 + + - - - - 同轴电缆静电场推导过程（不要求，了解） 电荷线密度 真空介电常数 同轴电缆电位推导过程（不要求，了解 ） 圆柱形电流场和电位（稳恒电流场）推导（不要求，了解） 电导率 U1=10V，U2=0V r1=1.0cm，r2=10.0cm 可见圆柱形电极的等位线是同心圆。 圆柱形电流场和电位 场中任一半径r处的电位： 常数K2=10/ln10=4.34 U1=10V U2=0V 同轴圆柱电缆电场 2、静电场的测绘方法 场强E在数值上等于电位梯度，方向指向电位降落的方向。 两点电荷电场 先测绘等位线，然后根据电力线与等位线正交的原理，画出 电力线。 电力线与等位线正交 注意： 电力线自正极出发 终止于负极； 两电力线不会相交 。 等位线 电力线 注意： 先测等位线，再画电力 线； 电力线垂直等位线； 电力线自正极出发终止 于负极； 两电力线不会相交。 两等量异号点电荷的电场分布 等位线 电力线 等位线的间距确定电力线的疏密和指向 形象地反映抽象的电场 三、实验仪器 1静电场实验仪一套 （包括导电玻璃、 双层固定支架、同步探针） 2直流稳压电源（10V, 1A） 电源正负极 电压表正极 静电场描绘仪专用电源 校正：作电源 测量：电压表 电源负极与电压表负极等电势 三、实验内容 1测绘同轴圆柱电缆电场 2. 测绘两点电荷的电场 四、实验步骤 接线：正极（红线），负极（黑线）相连 1模拟无限长带电圆柱体静电场 2. 模拟无限长平行带电直导线静电场 作等位线（注明电压）和电力线 五、数据处理与作图 同轴圆柱电缆电场 等量异号电荷电场 测量过程中要