大学物理实验-拓展提高篇 课件 实验2.10-用模拟法描绘静电场

1用模拟法描绘静电场第1节

原理大学物理实验——拓展提高篇2用模拟法描绘静电场—任务目的训练学习用模拟法描绘静电场和具有相同数学形式的物理场；掌握几种电极的电位和电场的分布曲线的特点；加深对电场强度和电位等物理概念的理解；描绘出电场分布曲线。采用模拟法间接测量静电场的分布情况；1.实验任务2.实验目的31.用稳恒电流场模拟静电场

用模拟法描绘静电场—原理测量电场有最重要的物理意义

带电体通过场相互作用。已知场分布→计算出带电体之间相互作用力的大小→根据初始条件→带电体的运动规律或者形变的大小。带电体形状复杂，多数情况用数值解法或实

验方法测出场分布

场强是矢量，电势是标量。先测得等位面，再做出电力线，整个电场的分布用几何图形绘出。

4用模拟法描绘静电场—原理静电场不能用电表直接测量

1.静电场中没有电流，电流表不会偏转；

2.任何电流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流表，会使电场发生偏转；

3.电流表或其他探测器置于电场中，会引起静电感应，使原场源电荷的分布发生变化。模拟法

不直接研究自然现象或过程本身，而用与这些自然现象或过程相似的模型来进行研究的一种方法。作为科学研究中一种最基础的方法，得到广泛的应用。5用模拟法描绘静电场—原理用稳恒电流场模拟静电场的依据

稳恒电流场（无源区）静电场（无源区）

两场服从的规律的数学形式相同，且又满足相同的边界条件，故电场和电势的分布相类似，所以可用电流场模拟静电场。这种模拟属于数学模拟。6用模拟法描绘静电场—原理用稳恒电流场模拟静电场的条件

1.静电场中的带电体与电流场中电极的形状、位置相同；2.稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀；3.电极的电导率远大于导电纸的电导率，保证电流场中的电极（良导体）的表面近似是一个等势面；4.模拟所用电极系统与被模拟系统的边界条件相同，保证电流场中电流线与静电场中电力线形状相同。

72.同轴圆柱型的静电场用模拟法描绘静电场—原理

ra→内圆柱半径rb→外圆柱半径U1→内圆柱电势83.平行长直导线型的静电场用模拟法描绘静电场—原理

l→两直导线间距a→圆柱体半径9用模拟法描绘静电场—原理4.几种常见静电场的模拟电极形状及相应电场分布模型平行长直导线同轴圆柱型劈尖型聚焦型电极模拟型版式等位线、电力线理论形式10用模拟法描绘静电场第2节实验仪器大学物理实验——拓展提高篇11用模拟法描绘静电场—仪器主要实验仪器、器件描绘专用电源导电微晶静电场描绘仪等臂同步探针12用模拟法描绘静电场第3节实验内容大学物理实验——拓展提高篇131.实验步骤-仪器检查与实验操作用模拟法描绘静电场—实验内容（1）连接线路

两电路分别与描绘仪专用电源的正负极相连接；将电压表的政绩与同步探针相连接；电压表负极并未接入电路。（这是可行的，因为电源负极和电压表的负极在电源内部是连接在一起的）14用模拟法描绘静电场—实验内容1.实验步骤-仪器检查与实验操作（2）校正

调节电源，将功能选择开关打向校正档，调节电压调节旋钮，使电压等于10V，完成校正。然后将功能选择开关置于测量档。校正和测量开关15用模拟法描绘静电场—实验内容1.实验步骤-仪器检查与实验操作（3）记录

①将坐标纸铺在支架上层的平板上，用弦条压住（电压为10V），在记录纸上记录。

②一同同步探针的底座，从1V开始寻找等位点。

③找到等位点，轻轻按压记录针，在记录纸上记下等位点。

④用虚线连接各个等位点，画出等位线。

⑤根据电场线与等位线相交的原理画出电场线，并指出电场强度方向。16用模拟法描绘静电场—实验内容1.实验步骤-仪器检查与实验操作（4）其他

采用相同的方法，更换绘图纸，再次测绘以下几种情况下的静电场分布：

①模拟测绘由长直平行导线形成的静电场；

②描绘聚焦电极的电场分布；

③描绘一个劈尖电极和一个条形电极形成的静电场。17用模拟法描绘静电场—实验内容1.实验步骤-仪器检查与实验操作注意：

（1）在移动探针时，要使探针与导电微晶电板紧密接触，但不可以压的太紧，以免损坏仪器。

（2）在探针开始记录前，确保记录纸固定，防止实验中记录纸位置发生变化。

（3）探针不能移动到仪器边缘处。因为边缘地方由于边缘效应的影响，电场线分布已经发生了变形。

（4）等位点分布应该均匀，间距为1~2cm，在电极附近，应多测一些等位点。182.数据处理用模拟法描绘静电场—实验内容

（1）四种电极任选两种进行静电场的描绘。用光滑的曲线将测得的各等位点连接成线，并标出每条等位线对应的电势值。

（2）在测得的电场分布图上，用虚线至少画出8条电场线，注意电场线的箭头方向，以及电场线与等位线的正交关系。192.数据处理-作图示例用模拟法描绘静电场—实验内容203.思考提高(可在实验报告或数据报告选作)1.能否用恒定电流场模拟稳定的温度场，为什么？2.根据测绘所得等位线和电场线分布，试分析哪些地方的电场强度较强，哪些地方的电场强度较弱？3.在描绘同轴电缆的等位线簇时，如何正确确定圆形等位线簇的圆心？如何正确绘