静电场测绘和示波器ppt课件

1、请大家提交扭摆请大家提交扭摆 波尔共振实验报告波尔共振实验报告请大家完成静电场请大家完成静电场 示波器预习报告示波器预习报告实验报告务必写明班号和组号实验报告务必写明班号和组号请大家提交扭摆请大家提交扭摆 波尔共振实验报告波尔共振实验报告请大家完成静电场请大家完成静电场 示波器预习报告示波器预习报告实验报告务必写明班号和组号实验报告务必写明班号和组号华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University

2、 of Science and Technology 1.研讨什么？ 用何种方法？ 2.实验中用什么场模拟静电场？ 本实验研讨何种静电场？ 3.直接丈量量？用何种方法？ 等势面与电场线的关系？华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology实验目的 学惯用稳恒电流场模拟静电场的原理和方法 加深电场强度、电场线和等势面等概念的了解 描画同轴电缆、平行输电线的电场分布情况点电荷点电荷等量异号电荷等量异号电荷同轴电缆同轴电缆 - 点电荷点电荷模拟模拟平行输电线平行输电线-等量异号电荷等量异号电荷模拟

3、模拟华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology任不测形的带电体在空间的任不测形的带电体在空间的电场分布计算复杂电场分布计算复杂静电，无电荷挪动，用磁静电，无电荷挪动，用磁电式仪器不能直接丈量电式仪器不能直接丈量模拟法模拟法实际计算实际计算直接丈量直接丈量以实际为根底，不直接研讨自然以实际为根底，不直接研讨自然景象本身，用类似的模型来研讨景象本身，用类似的模型来研讨实验原理华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Scienc

4、e and Technology什么是模拟法？什么是模拟法？ 模拟法在科学实验中有着极其广泛的运用模拟法在科学实验中有着极其广泛的运用本质本质: :用一种易于实现、便于丈量的物理形状或过程用一种易于实现、便于丈量的物理形状或过程, , 模拟不易实现的、不易丈量的形状和过程模拟不易实现的、不易丈量的形状和过程为什么要采用模拟法？为什么要采用模拟法？ 在一些电子器件和设备中有时需求知道其中的在一些电子器件和设备中有时需求知道其中的电场分布，普通都经过实验的方法来确定。电场分布，普通都经过实验的方法来确定。但在直接丈量静电场时遇到很大困难，主要困难在但在直接丈量静电场时遇到很大困难，主要困难在于把探

5、针伸入静电场时，探针上会产生感应电荷，于把探针伸入静电场时，探针上会产生感应电荷，使原电场产生显著的畸变，故实验时常用模拟方法使原电场产生显著的畸变，故实验时常用模拟方法来丈量！来丈量！模拟法华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology数学模拟：数学模拟：两个不同本质的物理过程，两个不同本质的物理过程， 用同一个数学方程来描画用同一个数学方程来描画模拟法分类模拟法分类物理模拟：物理模拟：一样的物理景象一样的物理景象/ /过程过程减少或放大模拟再现减少或放大模拟再现风风洞洞实实验验中国航天事

6、业奠基人中国航天事业奠基人 -钱学森钱学森航空声学风洞模型航空声学风洞模型上海交通大学徐汇校区钱学森图书馆华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology数学模拟：数学模拟：两个不同本质的物理过程，两个不同本质的物理过程， 用同一个数学方程来描画用同一个数学方程来描画模拟法分类模拟法分类物理模拟：物理模拟：一样的物理景象一样的物理景象/ /过程过程减少或放大模拟再现减少或放大模拟再现风风洞洞实实验验静静电电场场模模拟拟华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China

7、 University of Science and Technology模拟的条件模拟的条件 用稳恒电流场模拟静电场的条件用稳恒电流场模拟静电场的条件: :AB( 图a)abbarrrrrUUlnlnrrrInUEabr1)/(n稳恒电流场中的电极外形应与被模拟的静电场中的带电稳恒电流场中的电极外形应与被模拟的静电场中的带电体几何外形一样体几何外形一样n稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足电极电导率远远大于介质的电导率并满足电极电导率远远大于介质的电导率n模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边境条件一样模拟所用电极系统与被模

8、拟电极系统的边境条件一样模拟方法的运用有一定的范围模拟方法的运用有一定的范围华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology直接丈量量直接丈量量间接丈量物理量间接丈量物理量: :场强场强E,E,为矢量为矢量, ,不易丈量不易丈量直接丈量物理量直接丈量物理量: :电势电势U, U, 标量标量, ,容易丈量容易丈量场强方向和电势面垂直相交场强方向和电势面垂直相交, ,从从 “+ “+ 到到 “-“-华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University

9、of Science and Technology实验仪器实验仪器 两边等臂两边等臂挪动挪动华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology操作步骤操作步骤坐标纸固定好；坐标纸固定好；2. 2. 调理两个电极间电压调理两个电极间电压 为为10.0V10.0V；10.00v实验过程中实验过程中不能挪动不能挪动华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology好？好？电压表法电压表法C+-V检流计法

10、检流计法G+-C等势面的丈量方法等势面的丈量方法1.1.直接法电压表法直接法电压表法任务电压设置：将任务电压设置：将“直接、检零开关置于直接、检零开关置于“直接档；直接档；将将“丈量、校正开关置于丈量、校正开关置于“校正档；校正档；调理调理“电压调理旋钮，使电表显示电压调理旋钮，使电表显示10V10V。等势面丈量：将等势面丈量：将“丈量、校正开关置于丈量、校正开关置于“丈量档；丈量档；挪动探笔，寻觅等势点，并开场丈量。挪动探笔，寻觅等势点，并开场丈量。2.检零法检流计法检零法检流计法任务电压设置：同上任务电压设置：同上待测等势面电势设定：待测等势面电势设定：“直接、检零直接、检零 开关置于开关

11、置于“检检零档零档 将将“设定、检零设定、检零 开关置于开关置于“设定档设定档； 调理调理“设定调理旋钮调到所需的电势设定调理旋钮调到所需的电势值。值。等势面丈量：将等势面丈量：将“设定、检零设定、检零 开关置于开关置于“检零档检零档； 挪动探笔，寻觅指示器指示为零的点，并开场挪动探笔，寻觅指示器指示为零的点，并开场丈量丈量华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology实验内容实验内容1.1.用电压表法测绘平行输电线模拟等量异号电荷的等势用电压表法测绘平行输电线模拟等量异号电荷的等势 线簇线

12、簇1 1、3 3、5 5、7 7、9V9V；2.2.用检零法检流计法测绘同轴电缆模拟点电荷电场用检零法检流计法测绘同轴电缆模拟点电荷电场 的等势线簇的等势线簇1 1，3 3，5V5V； 3.3.记录点电荷各等势点的坐标，上机处置数据，察看等势圆记录点电荷各等势点的坐标，上机处置数据，察看等势圆 的拟合情况，记下各圆实测半径的拟合情况，记下各圆实测半径RPRP和圆心坐标，并与实际和圆心坐标，并与实际 半径半径RT RT 比较，计算百分误差比较，计算百分误差E E；4.4.根据电场线与等势面的关系，画出电场线。测绘等势根据电场线与等势面的关系，画出电场线。测绘等势 点时应留意点的分布情况，并描下电

13、极位置点时应留意点的分布情况，并描下电极位置 华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology 1.003.005.007.009.00+-数据处置数据处置:等量异号电荷等量异号电荷描画出等势描画出等势面及电场线面及电场线华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology数据处置：点电荷数据处置：点电荷画一条曲线需求取画一条曲线需求取8 8点点描画出电势面、电场线描画出电势面、电场线E EE E

14、a ab b读出实验点坐标，输入计算机，读出实验点坐标，输入计算机，得到各等势面半径实验值得到各等势面半径实验值RpRp，圆心，圆心坐标坐标x0,y0).x0,y0).如何评价实验如何评价实验的准确性？的准确性？nnTbaR1实际值实际值arUUn %100TTpRRRE相对误差相对误差华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology本卷须知本卷须知1.1.掌握掌握“先定性察看，后定量丈量的原那么；先定性察看，后定量丈量的原那么； 根据物理图像以及实验景象检流计的偏转情根据物理图像以及实验景象

15、检流计的偏转情 况来判别电势的高低情况。况来判别电势的高低情况。2. 2. 一定要留意探针与导电板的接触良好，但移一定要留意探针与导电板的接触良好，但移 动探笔时应将它提起，否那么容易破坏导电层。动探笔时应将它提起，否那么容易破坏导电层。3.3.对同一个等势面尽量从不同的方位找等势点。对同一个等势面尽量从不同的方位找等势点。4.4.电压值有一定的误差，对平行输电线等势线的电压值有一定的误差，对平行输电线等势线的 定性测绘不需求很准确。定性测绘不需求很准确。华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Techn

16、ologyG+-CC+-V测绘的两种方法测绘的两种方法一、检流计法一、检流计法丈量同轴电缆丈量同轴电缆G+-C二、电压法二、电压法平行输电线平行输电线C+-V经过实验来判别两种方法哪种方法好经过实验来判别两种方法哪种方法好检流计一端设定检流计一端设定为某一电压值为某一电压值另一端寻觅另一端寻觅电流零点电流零点电压表一端电压表一端设为设为0伏伏另一端寻觅另一端寻觅所需电压点所需电压点此时检流计此时检流计应显示为何值？应显示为何值？此时电压表此时电压表应显示为何值？应显示为何值？华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science

17、 and TechnologyEab模拟模拟点电荷点电荷同轴电缆同轴电缆 - 点电荷点电荷模拟模拟华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and Technology59731模拟模拟等量异号电荷等量异号电荷平行输电线平行输电线-等量异号电荷等量异号电荷模拟模拟阴极射线示波器阴极射线示波器n电子射线示波器是常用的电子仪器之一电子射线示波器是常用的电子仪器之一n它可以将电压随时间的变化规律显示在荧光屏上，它可以将电压随时间的变化规律显示在荧光屏上，以便研讨它的大小、频率、位相和其它的变化规律，以便研讨它的大小、频率

18、、位相和其它的变化规律，还可以用来显示两个相关的电学量之间的函数关系还可以用来显示两个相关的电学量之间的函数关系n示波器已成为丈量电学量以及研讨可转化为电压变示波器已成为丈量电学量以及研讨可转化为电压变化的其它非电学物理量的重要工具之一化的其它非电学物理量的重要工具之一 实验目的实验目的1.了解示波器的构造和任务原理了解示波器的构造和任务原理2.掌握示波器、信号发生器和函数发生掌握示波器、信号发生器和函数发生 器的作用和运用方法器的作用和运用方法3.利用示波器进展不同信号的丈量，并利用示波器进展不同信号的丈量，并 掌握丈量后的数据处置掌握丈量后的数据处置实验原理实验原理1 1、电子枪：发射并加

19、速电子、电子枪：发射并加速电子2 2、竖直偏转电极：使电子束竖直偏转加信号电压、竖直偏转电极：使电子束竖直偏转加信号电压3 3、程度偏转电极：使电子束程度偏转加扫描电压、程度偏转电极：使电子束程度偏转加扫描电压示波管示意图示波管示意图 Y X灯灯丝丝阳极阳极阴极阴极栅极栅极荧光屏荧光屏示波管构造表示图示波管构造表示图电子电子Y相偏转相偏转X相扫描相扫描图形图形加速加速直线直线光点光点电子束电子束1 1、电子枪：发射并加速电子、电子枪：发射并加速电子2 2、竖直偏转电极：使电子束竖直偏转加信号电压、竖直偏转电极：使电子束竖直偏转加信号电压3 3、程度偏转电极：使电子束程度偏转加扫描电压、程度偏转

20、电极：使电子束程度偏转加扫描电压声、光、温度等物理量的变化经过传感器转化成电信号加在X和Y偏转板间的变化，再用示波器研讨示波器的根本原理是带电粒子在电场力示波器的根本原理是带电粒子在电场力X和和Y偏转板间的作用下加速和偏转偏转板间的作用下加速和偏转带电粒子的偏转：带电粒子的偏转：+-+v0yL试分析带电粒子的受力和运动情况试分析带电粒子的受力和运动情况带电粒子作类平抛运动：带电粒子作类平抛运动：(1) (1) 在平行于极板的在平行于极板的方向做匀速直线运动：方向做匀速直线运动： (2) 在垂直于极板的方向做初在垂直于极板的方向做初速为零的匀加速直线运动：速为零的匀加速直线运动：tvl0221a

21、ty mdqUmFa示波器显示波形的原理表示图示波器显示波形的原理表示图 假设只在竖直偏转板上假设只在竖直偏转板上Y轴轴加一交变的正弦电压，那么电子加一交变的正弦电压，那么电子束的亮点将随电压的变化在竖直束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，假设电压频率较方向来回运动，假设电压频率较高，将是一条竖直亮线。如左图高，将是一条竖直亮线。如左图所示。所示。 要显示出波形，必需同时在程度偏转板上要显示出波形，必需同时在程度偏转板上(X轴轴)加一个扫描电压。扫描电压随时间变加一个扫描电压。扫描电压随时间变化的关系曲线形同化的关系曲线形同“锯齿故称锯齿故称“锯齿波电锯齿波电压，如右图所示。产生锯齿波电

22、压的电路压，如右图所示。产生锯齿波电压的电路在图中用在图中用“扫描电路方框表示。当只需锯扫描电路方框表示。当只需锯齿波电压加在程度偏转板上，假设频率足够齿波电压加在程度偏转板上，假设频率足够高，那么会在荧光屏上显示一条程度亮线。高，那么会在荧光屏上显示一条程度亮线。 示波器显示波形的原理表示图示波器显示波形的原理表示图假设假设Y Y轴加正弦电压，同时在轴加正弦电压，同时在X X轴加锯齿波电压，电子同时受轴加锯齿波电压，电子同时受Y Y、X X两个方向的力的作用，那么电子的运动为两相互垂直的运动的两个方向的力的作用，那么电子的运动为两相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压与正弦电压变化周期相等时，在

23、荧光屏上合成。当锯齿波电压与正弦电压变化周期相等时，在荧光屏上将能显示出一个完好的正弦电压的波形图将能显示出一个完好的正弦电压的波形图同步作用同步作用 XYNff 被测信号频率:Yf扫描信号频率:Xf显示稳定波形的条件：显示稳定波形的条件： 扫描电压周期应为被测信号周期的整数倍，扫描电压周期应为被测信号周期的整数倍， 即即 Tx=nTy n=1，2，3 Tx=2Ty时合成的图形时合成的图形 Tx=3Ty时合成的图形时合成的图形 示波器的主要运用：示波器的主要运用：察看各种波形察看各种波形丈量频率丈量频率丈量电压丈量电压比较相位等比较相位等李萨如图形李萨如图形沿沿Y轴方向的简谐运动与沿轴方向的简

24、谐运动与沿X轴方向的轴方向的简谐振动合成的一种合运动简谐振动合成的一种合运动将出现将出现稳定的封锁曲线稳定的封锁曲线 假设假设X、Y偏转板上加的电信号都是正弦波，当偏转板上加的电信号都是正弦波，当fx和和fy之比之比为整数比时，电子束遭到它们的协作用，光点将会描画出特定为整数比时，电子束遭到它们的协作用，光点将会描画出特定的图形的图形李萨如图形。左图描画的是李萨如图形。左图描画的是 的两个正弦的两个正弦波电讯号合成的李萨如图形。波电讯号合成的李萨如图形。 12fxfy 24434547223012 一样频率不同相位时的李萨如图形一样频率不同相位时的李萨如图形 运用运用1：利用李萨如图比较两个信

25、号之间的相位差：利用李萨如图比较两个信号之间的相位差： 李萨如图形：李萨如图形：沿沿Y轴方向的简谐运动与沿轴方向的简谐运动与沿X轴方向的简谐轴方向的简谐振动合成的一种合运动。振动合成的一种合运动。运用运用2：利用李萨如图形测定未知信号的频率：利用李萨如图形测定未知信号的频率xyyxffNN公式：公式：xyxyfNNf式中的式中的 xN、yN分别为李萨如图形与分别为李萨如图形与X、Y轴的切点数。轴的切点数。 设将未知频率设将未知频率fy的电压的电压Uy和知频率和知频率fx的电压的电压Ux均均为正弦电压分别送到示波器的为正弦电压分别送到示波器的Y轴和轴和X轴，那么由轴，那么由于两个电压的频率、振幅

26、和相位的不同，在荧光屏上于两个电压的频率、振幅和相位的不同，在荧光屏上将显示各种不同波形将显示各种不同波形普通得不到稳定的图形，但当两电压的频率成简单普通得不到稳定的图形，但当两电压的频率成简单整数比时，将出现稳定的封锁曲线，称为李萨如图形。整数比时，将出现稳定的封锁曲线，称为李萨如图形。根据这个图形可以确定两电压的频率比，从而确定待根据这个图形可以确定两电压的频率比，从而确定待测频率的大小测频率的大小0202102121:TT2:13:13:2442243838不同相位差时的李萨如图形f1:f2面板上旋钮或开关的功能面板上旋钮或开关的功能 按下电源开关按下电源开关POWER键，电源接通后无信

27、号输键，电源接通后无信号输入时，屏幕上应出现一个亮点或一条扫描横线。假设入时，屏幕上应出现一个亮点或一条扫描横线。假设无，那么需先将亮度调理无，那么需先将亮度调理INTENSITY旋大，然旋大，然后适当调理后适当调理Y轴和轴和X轴位移轴位移POSITION，使屏幕，使屏幕中央出现亮点或一条横线。中央出现亮点或一条横线。 触发电平控制触发电平控制假设是将信号输入示波器的假设是将信号输入示波器的CH1通道，那么相应要将通道，那么相应要将示波器的示波器的Y轴显示方式开关轴显示方式开关MODE置于置于CH1位置。位置。聚焦调理聚焦调理 扫速选择开关扫速选择开关微调微调 选择开关选择开关微调微调任务方式

28、选择开关任务方式选择开关CH1、 CH2显示屏读数方法显示屏读数方法 在显示屏上，程度方向在显示屏上，程度方向X轴有轴有10格刻度，垂直方向格刻度，垂直方向Y轴有轴有8格刻格刻度这里的一格刻度读做一标度，用度这里的一格刻度读做一标度，用div表示根据被测波形垂表示根据被测波形垂直方向直方向(或程度方向或程度方向)所占有的标度数，乘以垂直输入灵敏度开所占有的标度数，乘以垂直输入灵敏度开关所在档位的关所在档位的Vdiv数数(或程度方向或程度方向tdiv)，得出的积便是丈量，得出的积便是丈量结果。结果。Y轴运用轴运用10：1衰减探头的话还需再乘衰减探头的话还需再乘10。 例如测电压峰例如测电压峰峰值时，峰值时，Vdiv档用档用01Vdiv，输入端用，输入端用了了10 ： l衰减探头，那么衰减探头，那么Vpp01VdivN div10NV，tdiv档为档为2msdiv，那么波形的周期：，那么波形的周期：T2msdivN divN ms。旋钮分布旋钮分布示波器是以数字座标为根底来显示波形的通常以示波器是以数字座标为根底来显示波形的通常以X轴表示时轴表示时间，间，Y轴表示幅度因此在上图中，面板左半部以中线为界，轴表示幅度因此在上图中，面板左半部以中线为界，左面的旋钮全用于左面的旋钮全用于Y轴，右面的旋钮全用于轴