静电场的描绘

1、 大学物理实验（下）大学物理实验（下） 实验目的实验目的1. 学习用模拟法描绘静电场的原理和方法；学习用模拟法描绘静电场的原理和方法；2. 加深对电场强度和电场线、电位等概念的理解；加深对电场强度和电场线、电位等概念的理解；3. 描绘同轴圆柱体和两平行导线的电场分布情况。描绘同轴圆柱体和两平行导线的电场分布情况。 实验原理实验原理 构造一个与研究对象的物理过程或现象相似的模构造一个与研究对象的物理过程或现象相似的模型，通过对该模型的测试实现对研究对象进行研究和型，通过对该模型的测试实现对研究对象进行研究和测量，这种方法称为测量，这种方法称为“模拟法模拟法”。 电场强度在数值上等于电位梯度，方向

2、指向电位降落的方向。电场强度在数值上等于电位梯度，方向指向电位降落的方向。考虑到考虑到E是矢量，而电位是矢量，而电位U是标量，从实验测量来讲，测定电位是标量，从实验测量来讲，测定电位比测定场强容易实现，所以可先测绘等位线，然后根据电场线与比测定场强容易实现，所以可先测绘等位线，然后根据电场线与等位线正交的原理，画出电力线。这样就可由等位线的间距确等位线正交的原理，画出电力线。这样就可由等位线的间距确定电力线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反映出来。定电力线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反映出来。+ 同轴电缆的电场分布同轴电缆的电场分布 点电荷的电场分布点电荷的电场分布 实验原理实验原理实验原

3、理实验原理 静电场和稳恒电流场虽是两个截然不同的电场，但可以静电场和稳恒电流场虽是两个截然不同的电场，但可以用稳恒电流场中的电位分布来模拟静电场的电位分布。用稳恒电流场中的电位分布来模拟静电场的电位分布。对于均匀带电的长直同轴柱面的静电场可以用圆片形对于均匀带电的长直同轴柱面的静电场可以用圆片形金属电极金属电极A和圆环金属电极和圆环金属电极B所形成的电流场来描绘。所形成的电流场来描绘。rR0同轴电缆的静电场同轴电缆的静电场 距中心距中心r处电场强度为处电场强度为rabVdrdVEarr1ln 实验原理实验原理rR0V0r+drAB导电玻璃和电极产生的电流场导电玻璃和电极产生的电流场 半径为半径

4、为r处的电场强度为处的电场强度为abrVdrdVEarrln显而易见，稳恒电流场显而易见，稳恒电流场Er与静电场与静电场E的分布也是相同的的分布也是相同的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实验内容及实验步骤实验内容及实验步骤、描绘同轴电缆的静电场分布、描绘同轴电缆的静电场分布 a bV+-2.00Vr探针探针1、如上图所示连接线路；、如上图所示连接线路；2、接通、接通2.00V电源，在上层板上固定一张白纸；电源，在上层板上固定一张白纸；3、测、测3条条等势线等势线(0.8V，1.0V，1.2)，每条等势线测出，每条等势线测出8个个均匀分布的点；均匀分布的点；4、作出等

5、势线，根据电场线与等势线正交的原理作出、作出等势线，根据电场线与等势线正交的原理作出八根电场线。八根电场线。 描绘同轴电缆电场描绘同轴电缆电场数据处理要求：数据处理要求：1）在坐标纸上描绘同轴电缆的静电场分布；）在坐标纸上描绘同轴电缆的静电场分布；2）填写数据表；）填写数据表；描绘同轴电缆电场描绘同轴电缆电场0.6V0.8V1.0V1.2VD同轴电缆的静电场分布同轴电缆的静电场分布二、描绘两平行导线的电场分布二、描绘两平行导线的电场分布 B2.00VV+-A描绘两平行导线电场描绘两平行导线电场探针探针1、如上图所示连接线路；、如上图所示连接线路；2、取电位差、取电位差V0=2V；3、在电极、在

6、电极A、B之间测之间测4条等势线（分别按条等势线（分别按1.0、1.2、 1.4V、1.6V 选取），每条等势线要求至少记选取），每条等势线要求至少记 录录8个个点；点；4、作出平滑的等势线，根据电场线与等势线正交的原、作出平滑的等势线，根据电场线与等势线正交的原 理作出电力线。理作出电力线。描绘两平行导线电场描绘两平行导线电场两平行导线的电场分布两平行导线的电场分布1.6V 1.4V1.2V1.0V 思考题思考题1. 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？ 2. 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？3.若将实验使用的电源电压加倍或