用模拟法描绘静电场

1、用模拟法描绘静电场用模拟法描绘静电场大学物理实验大学物理实验实验目的实验目的1. 1. 学习用学习用模拟法模拟法描绘静电场的原理和方法；描绘静电场的原理和方法；2. 2. 加深对加深对电场强度电场强度和和电场线电场线、电位电位等概念的理解；等概念的理解；3. 3. 描绘描绘同轴圆柱形电缆同轴圆柱形电缆横截面横截面的电场分布情况。的电场分布情况。 物理思想物理思想 什么是静电场？什么是静电场？ 为什么不直接测绘静电场？为什么不直接测绘静电场？间接测量：模拟法？间接测量：模拟法？易于实现、便于测量的易于实现、便于测量的物理状态或过程物理状态或过程不易实现、不便测量的不易实现、不便测量的物理状态或过

2、程物理状态或过程模拟模拟实验原理实验原理稳恒电流场稳恒电流场静电场？静电场？模拟模拟在一定条件下在一定条件下, ,这两种场可以用两组对应的物理量来描述，这两种场可以用两组对应的物理量来描述，并且这两组物理量遵循着数学形式相同的物理规律并且这两组物理量遵循着数学形式相同的物理规律。长直同轴圆柱形电缆长直同轴圆柱形电缆导电玻璃和（同心圆）导电玻璃和（同心圆）电极构成的圆柱薄片电极构成的圆柱薄片长直同轴圆柱形电缆长直同轴圆柱形电缆对于对于长同轴圆柱形电缆，长同轴圆柱形电缆，距轴心距轴心O半径为半径为r处的各点电场强度为：处的各点电场强度为：rEr02内电极到距中心为内电极到距中心为r r处的电位差处

3、的电位差V Varar为：为：rarararrdEVln20而内、外电极间：而内、外电极间：barababrdEVln20abarVVabarlnln同形状的导电玻璃和同心圆电极构成的圆柱薄片同形状的导电玻璃和同心圆电极构成的圆柱薄片abhrdrhdRRbabaabln22abhVRVIabababln2径向电流：径向电流：abarVdRIVabraarlnln 显而易见，稳恒电流场显而易见，稳恒电流场E r与静电场与静电场E的的分布也是相同的分布也是相同的 。drdVErr而：即可以用稳恒电流场来模拟静电场即可以用稳恒电流场来模拟静电场可见，两者的电势分布相同。可见，两者的电势分布相同。模拟

4、条件模拟条件（1 1）稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中）稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中的带电体几何形状相同。的带电体几何形状相同。（2 2）稳恒电流场中的导电介质应是不良导体且电导率）稳恒电流场中的导电介质应是不良导体且电导率分布均匀，并满足分布均匀，并满足电极电极导电质才能保证电流场中导电质才能保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等位面。的电极（良导体）的表面也近似是一个等位面。（3 3）模拟所用电极系统与被模拟静电场的边界条件相）模拟所用电极系统与被模拟静电场的边界条件相同。同。静电场的测绘方法静电场的测绘方法1 1. E. E是矢量，而电位是矢量，而电位U

5、 U是标量，从实验测量来讲，是标量，从实验测量来讲，可先可先测绘等位线。测绘等位线。+3. 3. 由等位线的间距确定电力线的疏密，将抽象的电由等位线的间距确定电力线的疏密，将抽象的电场形象地反映出来。场形象地反映出来。2. 2. 根据电力线与等位线正交的原理，画出电力线。根据电力线与等位线正交的原理，画出电力线。专用电源专用电源探针探针电场描绘仪电场描绘仪、描绘同轴电缆的静电场分布的接线图：、描绘同轴电缆的静电场分布的接线图： a bV+-10.00Vr探针探针记录针记录针2 2. . 校正校正 ( (内内) ) 10.00aVV3 3. . 测量测量 ( (外外) )（1）将白纸上的8条对称

6、辐射线的中心，与内电极的中心对准，利用小磁条固定好白纸（2）在白纸上描出7.00V、5.00V、3.00V和1.00V的等位点，每等位点不少于8个点(均匀分布) （3）用圆规画出各等位点的等位线；根据电力线与等位线相互垂直的特点，画出电力线二、实验步骤二、实验步骤1. 1. 准备一张白纸：准备一张白纸：八条对称辐射线八条对称辐射线1.00V3.00V5.00V7.00VD三、数据处理：1. 1. 有效数字有效数字2. 2. 四舍六入四舍六入五凑偶五凑偶 测量过程中要保持两电极间的电压不变。测量过程中要保持两电极间的电压不变。 实验时上下探针应保持在同一铅垂线上，否则会使图形失真。实验时上下探针应保持在同一铅垂线上，否则会使图形失真。 记录纸应保持平整，测量时不能移动。记录纸应保持平整，测量时不能移动。 实验结束时，要关好电源，粘回小磁铁后离开。实验结束时，要关好电源，粘回小磁铁后离开。【注意事项】【思考题】 用电流场模拟静电场的理论依据和条件是什么？用电流场模拟静电场的理论依据和条件是什么？ 等势线和电力线之间有何关系？等势线和电力线之间有何关系？ 能否根据所描绘的等势线簇计算其中某点的电场强度？为能否