4.用模拟法测绘静电场PPT课件.ppt

采用模拟法映射静电场，实验4、大学物理实验、1、内容、实验意义实验仪器实验目的实验操作实验原理实验报告、2、1、实验意义、带电物体周围存在电场，带电体通过场相互作用。 通过了解场的分布，可以计算出带电体之间的相互作用力的大小，从一定的初始条件求出带电体的运动规则和变形的大小。 因此，测量电场具有重要的物理意义。 电场强度是描述电场分布的大小和方向的矢量，可以根据标量电位的分布求出电强度的分布。 对于复杂的电场，需要实验测量电位的分布。 因此，等电位线的绘制是研究电场的基础。 但是，真正的静电场不能用电表直接测量。 因此，考虑将带电体置于导电性介质上，将带电体间的电位差维持为一定。 理论和实验证明，导电介质中恒流产生的电场与静电场定律完全相似。 因此，可以使用稳定电流场来模拟静电场，这称为模拟法。、二、实验目的加深了对电场强度和电位概念的理解，了解用模拟法映射静电场的原理和条件学会用模拟法映射静电场，在、稳态电流场模拟静电场的原理在一定条件下稳态电流场与静电场的遵守规律形式相似。 静电场：稳态电流场：三，实验原理：5，显示了静电场与稳态电流场的相似性。 图：对应静电场的p点的电位u与u相同。 这表明，通过测量稳态电流场的电位分布，可以知道对应的静电场的电位分布，实验结果表明这种模拟是适当的。，6，模拟法的使用有一定的条件和范围，如果不能随意普及，就会得出错误的荒谬结论。 在稳定电流场中模拟静电场的条件为： (1)稳定电流场的电极形状与模拟的静电场的带电体形状相同；(2)稳定电流场的导电介质不良导体，导电率分布均匀，通过满足极，能够保证电流场的电极(良导体)的表面也大致为等面；(3)在模拟中使用的电极系统和被模拟、7、图3-3的同轴电缆的模拟模型、长同轴电缆的静电场如图3-3所示，在将内圆柱半径设为a、将电位设为Ua的外圈内半径设为b、将电位设为Ub、8、 于是，从静电场的轴心到r的电位Ur基于高斯定理，电荷均匀分布的无限长圆柱的电场强度的大小在取r=b的点、Ur=Ub、即、同轴带电圆柱之间的静电场、9、Ua=U0、Ub=0来进行整理后以厚度为t的圆柱形同轴不良导体片为对象。 设材料电阻率为，从任意半径r到r dr的圆周间的电阻为从半径r到b的圆柱片的电阻为、10、总电阻为(从半径a到b的圆柱片的电阻) Ub=0时，在两圆柱面之间施加的电压为Ua，径向电流从轴线r的电位为以上的分析结果表明，Ur与Ur、Er和Er的分布函数也就是说，长同轴电缆中的静电场和稳定电流场具有相同的电场分布。 在同轴圆筒面之间产生静电场或稳定电流场，如果圆筒面之间的静电电位差与直流电位差相同，则可知两场的对应点存在相同的电位。 如何测量、11、和这个电场分布？ 理论计算结果表明，长同轴电缆的电场为轴对称，电场分布与轴向坐标z无关，因此只需测量横截面上的电场分布、二维电场分布即可。 以良导体为电极，在横截面填充电导率小的均匀导电性介质的薄层，就可以模拟二维静电场。 本实验以导电微晶为导电介质。 (实验器具)，12，4，实验器具，GVZ3型导电玻璃静电场描绘器(包括导电微晶、稳压电源、同步探针等)如图所示，具有4种稳定电场。电极直接制作成导电性微晶，电极引线与外部端子连接。 接通直流电源后可进行实验(10V )。 13、5、实验操作是将导电性微晶上的两电极分别与稳定化电源的正(红)、负(黑)极连接，连接同步探针。 启动开关，将探针座的探针分别放置在导电性微晶的内外电极上，校正后进行测量。 画出16、1、长的直线同轴圆柱面的电位和电场分布(1)设为U0=10V，要求画出2V、4V、6V、8V、4条等势线，各等势线连接着8个等势点。 (注意事项) (2)用同样的方法测量两圆筒面的半径a、b。 2、测量示波器电子枪的聚焦电场分布，要求描绘电极，描绘1V、3V、5V、7V、9V，共计5条等电位线。 (示波器电子枪电极) 3、无限长平行导线、针尖电极和条形电极的静电场描绘作为选择内容。 基于17、示波器电子枪的聚焦电场，18，6，实验报告，数据处理1，测定结果分别测定各电场的各等势线，从电场线和等势线的关系画出电场线。 2、同量分析测量的长度的同轴圆筒面的等势线的准确度。 (1)测量从等电位点的位置到2V等电位线上的等电位点到圆心的距离r，求出平均半径r进行测量。 (2)测定a、b半径的平均值。 (3)求出2 v等电位线半径的理论值r处理。 用r=|r测定-r处理|、r/r处理是所要求的测定误差. (4)将计算结果填入表格。 19、20、思考问题1、实验中使用的电源电压加倍的话，等电位线、电场强度分布的形状会变化吗？ 为什么2、映射长同轴圆筒面的电场时，实验结果表明，导电材料的电导率均匀或某个地区的电导率高，对等线的形状有什么影响？ 3、长同轴圆柱面等电位线的定量分析表明，测得等电位线的半径比理论值大还是小？ 有可能导致这种结果的原因是什么？21、注意事项、测量长同轴电缆电场分布的注意事项：为了更准确地描绘等电位线的形状，取得的等电位点必须均匀分布。 导电性介质不均匀，电极上的氧化膜的存在，电极的安装偏离圆心等主要原因，测量结果和理论结果存在差异，因此必须实际记录等电位点的位置。 因为电极是等电位体，所以a是电位为10V的等电位体的半径，b是电位为零的等电位体的内半径。22、测量示波器电子枪聚焦电场的注意事项以11的比例描绘“t”形电极。 同等电位线上各点的间隔为1.5cm。 能够更准确地记录等电位线的形状。 23，“分析讨论问题”1 .电源电压变为2倍的话，等电位线和电线的形状会变化吗？ 电场强度和电位分布没有变化吗？ 为什么呢？电源电压变为2倍的话，等电位线和电场线的形状不变化，但是电场强度变强，电位的分布变得更紧密。 由于边界条件和导电性介质都不变化，所以电场的空间分布形状不变化，等电位线和电场线的形状也不变化，但是当两电极之间的电位差变大时，等电位线的分布变得更密，与此相对应的电场强度增加。 2 .映射长同轴圆柱面的电场时，什么因素使等势线偏离圆形？ 测量长直线同轴圆柱面的电场时测量的等电位线偏离圆形的原因可能是电极形状偏离圆形、导电性介质的分布不均匀、测量时的偶然误差等。 3 .长同轴圆柱面等电位线