工作报告之静电场的试验报告

1、静电场的实验报告【篇一：静电场的模拟与描绘实验报告】用模拟法测绘静电场实验报告【实验目的】1 .懂得模拟实验法的适用条件。2.对于给定的电极，能用模拟法求出其电场分布。3.加深对电场强度和电势概念的理解【实验仪器】双层静电场测试仪、模拟装置（同轴电缆和电子枪聚焦电极）、jdy型静电场描绘电源。实验原理【实验原理】1、静电场的描述电场强度e是一个矢量。因此，在电场的计算或测试中往往是先研究电位的分布情况，因为电位是标量。我们可以先测得等位面，再根据电力线与等位面处处正交的特点，作出电力线，整个电场的分布就可以用几何图形清楚地表示出来了。有了电位u值的分布，由e?u便可求出e的大小和方向，整个电场

2、就算确定了。2、实验中的困难实验上想利用磁电式电压表直接测定静电场的电位，是不可能的，因为任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，而静电场是无电流的。再则任何磁电式电表的内阻都远小于空气或真空的电阻，若在静电场中引入电表，势必使电场发生严重畸变；同时，电表或其它探测器置于电场中，要引起静电感应，使原场源电荷的分布发生变化。人们在实践中发现，有些测量在实际情况下难于进行时，可以通过一定的方法，模拟实际情况而进行测量，这种方法称为模拟法”。3、模拟法理由两场服从的规律的数学形式相同，如又满足相同的边界条件，则电场、电位分布完全相类似，所以可用电流场模拟静电场。这种模拟属于数学模拟。静电场（无电荷区

3、）稳恒电流场（无电流区）?d?e?d?ds?0?e?dl?0?b?uab?e?dl?a?j?e?j?ds?e?dl?b?uab?a?0?0?e?dl4、讨论同轴圆柱面的电场、电势分布（1）静电场根据理论计算，a、b两电极间半径为r处的电场强度大小为e?2?0ra、b两电极间任一半径为r的柱面的电势为lnv?valnbba（2）稳恒电流场在电极a、b间用均匀的不良导体（如导电纸、稀硫酸铜溶液或自来水等）连接或填充时，接上电源（设输出电压为va）后，不良导体中就产生了从电极a均匀辐射状地流向电极b的电流。电流密度为?e?j?半径为r的圆柱面的电势为lnv?valnbrba图1、同轴圆柱面的电场分布

4、图2、不良导体圆柱面电势分布结论：稳恒电流场与静电场的电势分布是相同的。由于稳恒电流场和静电场具有这种等效性，因此要测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流场的分布就行了。实验内容与步骤1、测量无限长同轴圆柱间的电势分布。(1)在测试仪上层板上放定一张坐标记录纸，下层板上放置水槽式无限长同轴圆柱面电场模拟电极。加自来水填充在电极间。(2)接好电路。调节探针，使下探针浸入自来水中，触及水槽底部，上探针与坐标纸有1-2mm的距离。(3)接通电源，k2扳向电压输出”位置。调节交流输出电压，使ab两电极间的电压为交流12v,保持不变。(4)移动探针，在a电极附近找出电势为10V的点，用上探针在坐标纸上

5、扎孔为记。同理再在a周围找出电势为10v的等势点7个,扎孔为记。(5)移动探针，在a电极周围找出电势分别为8v,6v,4v,2v的各8个等势点(圆越大，应多找几点)，方法如步骤(4)。(6)分别用8个等势点连成等势线(应是圆)，确定圆心o的位置。量出各条等势线的坐标r(不一定都相等)，并分别求其平均值。(7)用游标卡尺分别测出电极a和b的直径2a和2b。(8)计算各相应坐标r处的电势的理论值v理，并与实验值比较，计算百分差。(9)根据等势线与电力线相互正交的特点，在等势线图上添置电力线，成为一张完整的两无限长带等量异号电荷同轴圆柱面的静电场分布图。(10)以l为横坐标，v实为纵坐标，做v实-l

6、曲线，并与v理-l曲线比较2、测量聚焦电极的电势分布(选做)分别测10.00v、9.00v、8.00v、7.00v、6.00v、5.00v、4.00v、3.00v、2.00v、1.00v、0.00v等，一般先测5.00v的等位点，因为这是电极的对称轴。步骤同上数据记录模拟电场分布测试数据v理(v)r(cm)v理v实？v理v理(%)8.001.108.172.1%6.001.506.314.9%4.002.154.143.4%3.002.553.123.8%2.00?1.003.581.076.5%处理：1、用圆规和曲线板绘出园柱形同轴电缆电场等位线(注意电极的位置).2、根据电力线垂直等位面，

7、绘出电力线.贴图1:同轴圆柱体贴图2:聚焦电极3、在圆柱形电缆电场分布图上量出各等位线的半径，计算v并与理论值比较，求出其相对误差.rln(1)?8.17(v)；(1)r1?1.10cm；贝Uv1?vaaln()bev?v实？v理v理?100%?2.2%rln(1)?6.31(v);(2)r2?1.50cm;则v2?vaaln()bev?v实？v理v理?100%?5.0%(3)要具体计算(4)要具体计算(5)要具体计算结果分析：(1)由图中可以看出实际测量值都在理论值的下方，说明实验的误差主要来自系统误差。本次测量中误差最小为2.1%,最大为6.5%,超出了仪器的精度1%,认为系统误差在操作中

8、某实验条件未符合时引入的，并且半径越小的地方误差越大。这充分说明实验中要保证水槽的水介质要均匀分布，并且描绘的等势点不能太少，否则半径会引入较大的误差。(2)等势面由人工拟合，因此半径的计算较粗糙，估计至少？r?0.2cm,分析对第一组的影响，8.00.2知，?v?v?r?va?r?1.09var0.4061.1a?rlnlnlnb2.145b1.09ev?100%?12%8说明在确定数据点时，一定要保证装置以及操作的稳定性，另外数据尽量多，以减少实验值的波动性。lnr由v?va【篇二：模拟法测静电场示范实验报告】实验七：模拟法测静电场示范实验报告【实验目的】1 .理解模拟实验法的适用条件。2

9、 .对于给定的电极，能用模拟法求出其电场分布。3.加深对电场强度和电势概念的理解。【实验仪器】yj-mj-m型激光描点模拟静电场描绘仪、白纸、夹子【实验原理】直接测量静电场，是非常困难的，因为：静电场是没有电流的，测量静电场中各点的电势需要静电式仪表。而教学实验室只有磁电式仪表。任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，所以想利用磁电式电压表直接测定静电场中各点的电势，是不可能的。任何磁电式电表的内阻都远小于空气或真空的电阻，若在静电场中引入电表，势必使电场发生严重畸变；同时，电表或其它探测器置于电场中，要引起静电感应，会使场源电荷的分布发生变化。人们在实践中发现：两个物理量之间，只要具有相同的

10、物理模型或相同的数学表达式，就可以用一个物理量去定量或定性地去模拟另一个物理量，这种测量方法称为模拟法。本实验用稳恒电流场模拟静电场进行测量。从电磁学理论知道，稳恒电流场与静电场满足相同的场方程：?,?e?dl?0（静电场的环路定理）?,?j?dl?0（由e?dl?0,得？e?dl?0,又j?e,故j?dl?0）?e?ds?0（闭合面内无电荷时静电场的高斯定理）；?j?ds?0（电流场的稳恒条件）；如果二者有相同的边界条件，则场分布必定相同，故可用稳恒电流场模拟静电场。1.长直同轴圆柱面电极间的电场分布在真空中有一个半径为ri的长圆柱导体a和一个内半径为r2的长圆筒导体b,其中心轴重合且均匀带

11、电，设a、b各带等量异种电荷,沿轴线每单位长度上内外柱面各带电荷？?和?（即电荷线密度），它们在a、b之间形成静电场。由对称性可知，在垂直于轴线的任一平面s内，电场线沿半径方向呈均匀辐射状分布，其等势面是不同半径的圆柱面。为了计算a、b间的电场强度，首先我们沿轴线方向取一单位长度、底面半径为r的同轴圆柱体表面为高斯面（包围内柱面a）。?设此高斯面上、下、侧面上的场强分别为e上、e下、?e,则整个高斯面上的电通量为：?e?ds?e?ds?e?ds?0?0?e=?上侧上?下下?ds侧?=?e?ds侧？e?ds侧=2?re由高斯定理？=e?ds?可得：?0?2?re=,即?0e?2?0r因为外柱面接

12、地点为零电势点，则在a、b两柱面之间距圆柱中心轴为r处的电势为：r2r2?r2dr?ur?edr?ln?rr2?0r2?0r同理可得a柱的电势：r22ui?edr?rir2?rdr?ln?r2?0r2?0r1ir2u两式相除，得相对电势：r?u1l2r1ln2.设计模拟的电流场为了仿造一个与上述静电场相似的电流场，我们设计出模拟模型：把圆环形金属电极a和圆环形金属电极b同心地置于一层均匀导电介质上，当给两面电极间加加上规定的电压u0后，在a、b电极间的导电介质上就会产生一个稳定的电流分布。导电介质由导电微晶制成，它的电阻率比金属电极大很多，因此导电微晶是不良导体。设其厚度为t,电阻率为？，电极

13、a的半径为r0,b的半径为r0o由电阻定律可知，半径为r的圆周到半径为r+dr的圆周间的圆环(宽度为dr)电阻为：dr?dr?s2?rtr?dr?ln2r2?tr2?trr2dr?半径为ri的圆周到半径为r2的圆周间的圆环电阻为：rr?同理，半径为r0的圆周到半径为r0的圆周间的圆环电阻为：r?l22?tr1于是，两电极间的总电流：i?u12?tu1?rr?ln2r1设外环的电势为0,则距环心为r(r0rr0)处的电势为：rr2ln2uur?irr?ui则r?u1ln2ln2ririIn即电流场与静电场的电势分布相同，又e?用电流场描绘静电场。dur,可见电场强度e的分布也相同，故可dr【实验

14、步骤】(1)按图连接好电路，调节电压输出”旋钮，直到电压表示数为10.00v。(2)将探测器置于电极a中心，再将一张白纸对折三下，放在测试仪有机玻璃平台上，使其中心对准电极a中心，然后用夹子夹稳。(3)在四条折线上用探针分别找出电势为8.0v、6.0v、4.0v和2.0v的点，将其中心记录在白纸上。(4)用圆规画出电势分别为8.0v、6.0v、4.0v和2.0v的等势线，再根据电场线和等势线垂直的原理，画出八条电场线。(5)断开电路，整理好仪器。【数据处理】1 .将实验记录的白纸贴于此处，并画出等势线、电场线，然后用直尺量出等势圆的直径(精确到0.1mm)。2 .数据计算已知：r1=4.71m

15、mr2=49.18mmu1=10.00vuS=u1ln(r2/r)In(r1)3 .用工标纸画出u析。测ln(r2/r)曲线(用实线)和u理ln(r2/r)曲线(用虚线)，并进行分【问题讨论】1 .本实验的误差主要来自哪些方面，如何避免？2 .如果电源电压增加一倍，等势线和电场线的形状是否会发生变化？【篇三：静电场绘测实验报告】用电流场模拟静电场一、实验目的1.学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。2,加深对电场强度和电位概念的理解。3,能在坐标纸上准确描绘同轴电缆的静电场分布。4.理解并掌握模拟法”间接测绘静电场的理论依据。二、实验原理静电场和稳恒电流场虽是两个截然不同的电场，但可以用稳恒电流

16、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金属电极a和圆环金属电极b所形成的电流场来描绘。图1同轴电缆的静电场图2同轴电缆的电流场下面比较两种场半径为r处的电势的表达式：1.静电场e?2?r0v?e?dl?2?r?dr?2?nr0r设内圆柱与同轴柱面间的电势为v0,则r0v0?2?r0?dr?2?nr0r0v?v0?nr0r0?nr0r(1)2,稳恒电流场设任意处的电流密度为j,电阻率为？，则该处场强,e?j?i2?rt(其中t为电纸厚度)i?r0v?e?dl?2?tdrrr?i?2?t?nr0r?设加在a、b两极间的电势差为v0,则v0?则?2?ti

17、?r0drrr0?i?2?t?nr0r0v?v0?n?nr0rr0r0比较（1）,（2）两式可知，在离开圆心r处两场电势有完全相同的表达式。故可用稳恒电流场模拟静电场。三、实验仪器eqc-2型双层式静电场测绘仪一套，直流稳压电源（10v,1a）,电压表四、实验步骤1.将导电玻璃上内外两电极分别与直流稳压电源的正负极相连接，电压表正负极分别与同步探针及电源负极相连接。调节电源电压到10.0v。2 .移动同步探针测绘同轴电缆的等位线簇。相邻两等位线间的电位差为1伏，共测八条等位线，每条等位线测定出八个均匀分布的点。3 .以每条等位线上各点到原点的平均距离为半径画出等位线的同心圆簇。然后根据电力线与等位线正交原理，再画出电力线，标明等位线的电压大小，并指出电场强度方向，得到一张完整的电场分布图。4 .在坐标纸上作出相对电位ur和l的关系曲线，并与理论结果比较。U0五、数据记录和数据处理ra?0.50cmrb?7.00cmu0?10.0vuur0式中r理?rb?r?r根据b?ra?计算得出。数据处理要求：1）在坐标纸上描绘同轴电缆的静电场分布；2）填写上表；3）根据表格数据在坐标纸上作1uru0图线。六、注意事项测量时，探针每次应该从外向里或者从里向外沿一个方向移动，测量