静电场描绘实验的改进

静电场描绘试验的改进本文介绍为什么静电场要用恒定电流场来模拟以及静电场描绘试验的原理和传统的试验装置，以及用传统的实验装置对试验的测量结果。对试验的结果分析分析误差的来源，通过剖析试验装置的构造，通过思考与探究，对试验的装置进展了一系列的改进。介绍具体的改进方法，已经用改进后的试验装置对试验进展重的测量，与前面的试验结果进展比照分析，可以得知改进后的装置操作简便易行，测量的结果也渐渐的抱负化，大大提高了试验结果的准确性。静电场描绘试验是一般物理试验电磁学局部必做的试验，一组带电电极所产生的静电场，原则上可用理论计算方法求出。但实际上遇到的电极其形态及组合又相当的简单，导致静电场的电位分布和电场分布也极为简单。由于静电场的微弱，而检测电场的仪器电极比较大，因而检测仪器的引入会使原电场发生严峻的转变，所以承受试验的方法进展直接测量不适宜。理论与实践都充分证明，导电介质里的恒定电流所产生的电场和静电场的场强及电位分布极其相像，因而常常用测量恒定电流场的方法来描绘静电场，我们称这种方法为模拟法描绘静电场〔模拟法就是测量另外一个物理量来取代那个直接测量很困难的物理量。传统的试验装置如图1所示，此装置构造相对简洁，直观性比较强。但是由于学生在试验操作中，导电纸简洁被滑破，再加上导电纸常常需要更换，既麻烦又简洁导致电极与导电纸接触不良。以上这些缘由都会导致试验的结果不太令人满足，有时还会消灭与理论值相差甚远，根本起不到验证的目的。所以为了保持静电场描绘仪的优点，抑制器材本身的缺点，充分保证明验结果的稳定性。本人对静电场描绘仪经受了如下几次改革，效果越来越抱负。一、静电场模拟描绘的原理运动的电荷四周有电磁场，静止电荷四周有静电场。要了解静电场的分布状况，当带电体的外形简单时，很难用理论的方法进展计算。用试验的方法进展直接测量也有肯定困难，所以常用“模拟法”间接测绘静电场的分布。模拟法在科学试验中有广泛的应用，其本质是易于实现，用便于测量的物理量来代替不易实现，不易测量的物理量。静电场与稳恒电流场本是两种不同的场，但是在肯定的条件下，它们两者之间具有格外相像的空间分布，即两种场所遵守的规律在形式上是相像的，引入电位U电场强度都遵循高斯解题分级策略〔13〕〔2〕利用平均速度的公式求解第3瞬时速度。〔1〕50Hz002s。每相邻两个点之间有四个计数点未画出，所以得到相邻计数T=5T′=0。1s。设相邻计数点之间的位移间隔为x1、x2、x3、x4、x55得相邻计数点间的位移分别为x1=8。78cm、x2=7。30cm、x3=5。79cm、x4=4。29cm、x5=2。78cm。所以相邻两计数点间的位移差为ΔX1=X2-X1=-1。48cm；同理，Δx2=-1。51cm、Δx3=-1。50cm、Δx4=-1。51cm。在误差允许的范围内，可近似认为Δx1=Δx2=Δx3=Δx4，即连续相等的时间内的位移差相等，所以小车做匀减速直线运动。依据匀变速直线运动的规律可得5040m/s可用两种方法①“逐差法”497m/s2507m/s2a=a1+a212=-〔1。497+1。507〕12m/s2=-1。502m/s2负号表示加速度方向与初速度方向相反。或用a=〔x4+x5〕-〔x1+x2〕12×3T2求得。②图象法v1=x1+x212T=16。08×10-212×0。1m/s=0。8040m/sv2=06545m/s，v3=05040m/s，v4=03535m/s由v1=v0+v212得v0=2v1-v2=〔2×0。0840-0。6545〕m/s=0。9535m/s同理得v5=0。2030m/s。作出图象如图b所示，求出斜率即为加速度大小值。0～18。78cm和4～52。76cm，则此纸带的加速度为多少？解析题目只给出两段的数据，只能粗略的来进展计算了。在纸带上依次标出0～1、1～2、2～3、3～4、4～5的S1S2S3S4S5SM-SN=〔M-N〕aT2S5-S1=4aT2a=〔2。76-8。78〕×10-2/4×〔0。1〕2m/s2=-1。505m/s2。定理。对静电场电场强度在无源区域内满足以下的积分关系：SE?dS=0〔1〕L?dl=0〔2〕J也满足类似的积分关系：SJ?dS=0〔3〕LJ?dl=0〔4〕二、试验装置传统的试验装置如图1所示，其装置构造是利用等臂法来描绘电位分布的点，其中的导电介质一般是承受导电纸。这种导电纸就是均匀地涂一层薄的石墨粉在纸基上，符合模拟条件。用装上的导电纸测出的试验结果如图2所示。三、装置的改进传统的装置操作起来比较的繁琐，在具体的应用中并不是格外有用，现在把电源和探针及一些仪表都取下来重的安装，操作起来会更加的便利。而且电压表的引入会带来系统误差，对这些都进展了必要的改进。静电场描绘仪的缺点主要是导电纸的缘由，所以使用的改进方法固然主要是转变导电纸，试验的装置为了操作便利也进展了一系列的改革。下面我以同轴圆柱形电容器为例列举其中的导电介质经过改革的历程及改革之后效果。 1。电解液电解液避开了使用导电纸所带来的麻烦和缺点，试验的结果更为抱负一点。但使用电解液又简洁使内电极生锈。如果使用蒸馏水进展试验能解决生锈问题，但导电性太弱。不3示。导电玻璃在高真空的环境下，导电玻璃是承受高温化学镀膜强氧化的方法在玻璃外表形成均匀性良好的导电层而制成的导JW240-Ⅱ型静电场描绘仪所用的材料，就是导电玻璃，玻璃上有测量点，试验者可以直接读出测量值，既抑制了导电纸的缺点也解决了在使用电解液的时候所引起的内极生锈的缺憾，而且试验后得到的结果也是比较令人满足的，试验结果如图4〔为表达试验结果科学性与检流计协作使用〕所示。检流计图5是传统的静电场描绘试验仪的构造简图，图中A、B是两个电极，E是电源，V是电压表，K是电键，A、B两C在导电玻璃上移动的同时可以用电压表测出各点的电位，但是由于电压表的引入会给测量带来系统误差，虽然可以用高内阻的电压表接入进展测试而使之误差削减，但是不能够完全的排解，另外导电纸的屡次使用探针和导电纸的磨损也会给测量结果带来影响，使用这个装置测的结果如图〔6〕所示。经过对试验装置的改进，利用指针检流计来代替电压表，将试验器材中的一个探针改为两个探针与检流计串联，经过导电纸组成一个闭合回路，测量电路不和电源电路相连接，测量时保持一个探针不动，移动另一个探针直到检流计示数完全为零，其构造如图9所示。图7的装置可以很形象的描述出静电场的图象，但缺乏的地方是不能够很好的保护检流计，必需在检流计上串联一个保护电阻，但是不能降低测量的准确度。用再改进后的装置和导电比抱负结合制成了JW240-仪器是专为高校学生教学设计的，该仪器是目前国内同类产品仪器内部包括检流计、分压计灵敏度调整器、外带两条电板导线、两支探笔和一条电源线。使用的时候可以先将J旋纽旋到W旋纽可以转变检流计的灵敏度，从而找到准确的位置。做出的图象如图4所示很准确。通过这个装置还可以把J打到断档，可以接两个探笔来验