华理大物实验报告静电场测绘

篇一：模拟法测绘静电场实验思考题答案

用模拟法测绘静电场

【预习思考题】

1．用电流场模拟静电场的理论依据是什么？模拟的条件是什么？

用电流场模拟静电场的理论依据是：对稳恒场而言，微分方程及边界条件唯一地决定了场的结构或分布，若两种场满足相同的微分方程及边界条件，则它们的结构也必然相同，静电场与模拟区域内的稳恒电流场具有形式相同的微分方程，只要使他们满足形式相同的边界条件，则两者必定有相同的场结构。模拟的条件是：稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中的带电体几何形状相同；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σ极>>σ介以保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等势面；模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。

2．等势线和电场线之间有何关系？

等势线和电场线处处相互垂直。

3．在测绘电场时，导电微晶边界处的电流是如何流动的？此处的电场线和等势线与边界有什么关系？它们对被测绘的电场有什么影响？

在测绘电场时，导电微晶边界处的电流为0。此处的电场线垂直于边界，而等势线平行于边界。这导致被测绘的电场在近边界处受边界形状影响产生变形，不能表现出电场在无限空间中的分布

特性。

【分析讨论题】

1．如果电源电压增大一倍，等势线和

实验三 模拟法测绘静电场

随着静电应用、静电防护和静电现象研究的日益深入，常需要确定带电体周围的电场分布情况.用计算方法求解静电场的分布一般比较复杂和困难，而且，直接测量静电场需要复杂的设备，对测量技术的要求也高，所以常常采用模拟法来研究和测量静电场.

【实验目的】

1. 学习用模拟法描述和测绘静电场分布的概念和方法. 2. 测量等位线、描绘电力线.

3. 加深对静电场强度、电位和电位差概念的理解.

【实验仪器】

静电场测绘仪一套，静电场描绘仪专用电源（10 V，1 A）一台，导线等.

【实验原理】

1. 用电流场模拟静电场带电体在其周围空间所产生的电场，可用电场强度E和电位U的空间分布来描述.为了形象地表示电场的分布情况，常采用等位面和电力线来描述电场.电力线是按空间各点电场强度的方向顺次连成的曲线，等位面是电场中电位相等的各点所构成的曲面.电力线与等位面是相互正交的，有了等位面的图形就可以画出电力线.反之亦然.我们所说的静电场测量就是指测绘出静电场中等位面和电力线的分布图形.它是了解电场中的一些物理现象或控制带电粒子在电磁场中的运动所必须解决的问题，它对科研和生产都是十分有用的，例如用测量电子管、示波管、显像管和电子显微镜等多种电子束管内

实验四

实验四 用模拟法测绘静电场

课程名称 开放物理实验 测量长同轴柱面电荷的电场分布 实验项目 用模拟法测绘静电场 学生研究式独立实实验内容 测量两无限长平行带电直圆柱的电场分布 正确理解电场强度和电位的概念 教学重点 学会用模拟法测量静电场的分布 实验方式 验为主，教师启发式一对一指导为辅 理解用稳恒电流场教学难点 来模拟静电场的理论依据 教学时数 4学时 授课对象 二、三年级本科生 学时分配 2学时 研究实验原理、测量方法、实验仪器 2学时 进行实验、处理数据、完成实验报告 参考资料

1.《大学物理实验》，北京工商大学物理教研室，机械工业出版社 - 14 -

用模拟法测绘静电场

1实验基本要求

1．学习模拟实验方法及用电压表测绘静电场的等势线。

2．加强对电场强度和电位概念的理解，了解电力线与等势线之间的关系。 3．测绘同轴带电圆柱面和平行带电直圆柱的等势线和电力线。

2仪器简介

序号 1 名称 静电场测绘仪 1台 数字电压表 1个 晶体管稳压电源1台 型号 技术规格 量程：-20.00 V~+20.00 V 分度值： 0.01 V WYJ-6B型 1A；1~30 V 2 3 配件 导电纸、白纸及导线若干 3.实验原

示范报告

1实验名称 电桥法测中、低值电阻

一.目的和要求

1.掌握用平衡电桥法测量电阻的原理和方法;

2.学会自搭电桥，且用交换法测量电阻来减小和修正系统误差; 3.学会使用QJ-23型惠斯登电桥测量中值电阻的方法; 4.学会使用QJ-42型凯尔文双臂电桥测量低值电阻的方法;

二.实验原理

直流平衡电桥的基本电路如下图所示。

图中RA,RB称为比率臂，Rs为可调的标准电阻，称为比较臂，Rx为待测电阻。在电路的对角线（称为桥路）接点BC之间接入直流检流计，作为平衡指示器，用以比较这两点的电位。调节Rs的大小，当检流计指零时，B，C两点电位相等UAC?UAB；UCD?UBD ，即IARA?IBRB；IXRX?ISRS。因为检流计中无电流，所以IA?IX，IB?IS，得到电桥平衡条件 Rx?

三.实验仪器

直流电源，检流计，可变电阻箱，待测电阻，元器件插座板，QJ24a型惠斯登直流电桥，QJ42型凯尔文双臂电桥，四端接线箱，螺旋测微计

四.实验方法

1.按实验原理图接好电路；

2.根据先粗调后细调的原则，用反向逐次逼近法调节，使电桥逐步趋向平衡。在调节过程中，先接上高值电阻Rm，防止过大电流损坏检流计。当电桥接近平衡时，合上KG以提高桥路的

示范报告

1实验名称 电桥法测中、低值电阻

一.目的和要求

1.掌握用平衡电桥法测量电阻的原理和方法;

2.学会自搭电桥，且用交换法测量电阻来减小和修正系统误差; 3.学会使用QJ-23型惠斯登电桥测量中值电阻的方法; 4.学会使用QJ-42型凯尔文双臂电桥测量低值电阻的方法;

二.实验原理

直流平衡电桥的基本电路如下图所示。

图中RA,RB称为比率臂，Rs为可调的标准电阻，称为比较臂，Rx为待测电阻。在电路的对角线（称为桥路）接点BC之间接入直流检流计，作为平衡指示器，用以比较这两点的电位。调节Rs的大小，当检流计指零时，B，C两点电位相等UAC?UAB；UCD?UBD ，即IARA?IBRB；IXRX?ISRS。因为检流计中无电流，所以IA?IX，IB?IS，得到电桥平衡条件 Rx?

三.实验仪器

直流电源，检流计，可变电阻箱，待测电阻，元器件插座板，QJ24a型惠斯登直流电桥，QJ42型凯尔文双臂电桥，四端接线箱，螺旋测微计

四.实验方法

1.按实验原理图接好电路；

2.根据先粗调后细调的原则，用反向逐次逼近法调节，使电桥逐步趋向平衡。在调节过程中，先接上高值电阻Rm，防止过大电流损坏检流计。当电桥接近平衡时，合上KG以提高桥路的

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。

V0 R0 r A r+dr 图1同轴电缆的静电场 图2同轴电缆的电流场

R0 r B 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??0

R0 V??E?dl??2??r??dr?0?2??0?nR0r

设内圆柱与同轴柱面间的电势为V0，则

R0 V0??2??r0??dr?0?2??0?nR0r0

V?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.

首都师范大学

物 理 实 验 报 告

班 级___信工C班___ 组 别______D______ 姓 名____李铃______ 学 号_1111000048_ 日 期___2013.4.17__ 指导教师___刘丽峰___

【实验题目】_________静电场的描绘 【实验目的】

1、了解静电场模拟的依据； 2、学会用模拟法描绘静电场；

3、测绘静电场的等位线、电力线。

【实验仪器】

HLD-DZ-IV型静电场描绘仪（包括双层电极架、同步探针、稳压电源和数字电压表），

2张16开白纸

【实验原理】

电场强度是矢量，而电位分布是标量，在测量上要简便些，但是直接测量静电场的电位分布是很困难的。因为静电场中无电流，而任何磁电式电表都需要有电流流过才能偏转，除非用静电式仪表测量；再则测量仪表本身总是导体或电介质，与其相连的探针是良导体，一旦把它们引人静电场中，原静电场将发生强烈改变。因此采用稳恒电流场模拟静电场，来研究、测量静电场的分布。 1. 用稳恒电流场模拟静电场

模拟法要求两个类比的物理现象遵从的物理规律具有相似的数学表达式。由电磁学理论可知，对

实验二 静电场的描绘

【目的与任务】

1、理解用模拟法描绘静电场的原理和方法； 2、学会用模拟法描绘静电场的等势线和电场线；

3、定性说明同轴圆柱面和带电直导线电流场的特点及其应用。

【仪器与设备】

静电场描绘仪（西安教学仪器厂生产），万用电表，坐标纸等。 仪器简介： 1、交流电源

交流电源输出电压在0～10V之间连续可调，最大输出电流l A。实验时将输出电压调节到实验要求之值。

2、静电场描绘仪

图1 静电场描绘仪

静电场描绘仪如图1所示，支架采用双层式结构，下层放置水盘和电极，上层安放坐标纸。P是测量探针，用于在水中测量各点的电势，P′是与P联动的记录探针，可将P在水中测得的各电势点通过按下指针P′在坐标纸上打出印迹，同步地记录在坐标纸上。由于P、P′是固定在同一探针架上的，所以两者绘出的图形完全相同。 3、模拟电极

可提供两点电荷(平行输电线)，同轴柱面(同轴电缆)，聚焦电极三种模拟电极。

【原理与方法】

1、直接测量静电场的困难

带电体在周围空间产生的静电场，可用电场强度E或电势U的空间分布来描述。一般情况下，可从已知的电荷分布，用静电场方程求出其对应的电场分布，但对较复杂的电荷分布，如电子管、示波管、电子显

用模拟法测绘静电场

〔实验目的〕

1、学习用模拟法描绘和研究静电场分布； 2、加深对电场强度和电势概念的理解。 〔实验原理〕

静电场

用电场线形象描绘静电场的分布。

E??2??0r Ur?Ualn(rb/r)

ln(rb/ra)模拟场

用不良导体内的电场模拟静电场。

图1 同轴电缆的模拟模型

(a) 同轴电缆模拟电场装置； (b) 横向剖面

rb?rb?drrdr?ln R??ln Rrarb??rrb2?tra2?trrr2?trUa2?tUaln(rb/r)I???U?IR?U rraRrarb?lnrb rln(rb/ra)raba[实验内容及步骤]

图2 GVZ - 4型导电微晶静电场描绘仪

1、将导电微晶上内、 外两电极分别与直流稳压电源的正、负极相连接,电压表正、 负极分别与测试笔及电源负极相连接,移动测试笔测绘同轴电缆的等位线簇。要求相邻两等位线间的电位差为1V,以每条等位线上各点到原点的平均距离

r为半径画出等位线的同心圆簇。

2、根据电场线与等位线的正交原理,画出电场线,并指出电场强度方向,得到一张完整的电场分布图。

3、在坐标纸上作出相对

用模拟法测绘静电场

〔实验目的〕

1、学习用模拟法描绘和研究静电场分布； 2、加深对电场强度和电势概念的理解。 〔实验原理〕

静电场

用电场线形象描绘静电场的分布。

E??2??0r Ur?Ualn(rb/r)

ln(rb/ra)模拟场

用不良导体内的电场模拟静电场。

图1 同轴电缆的模拟模型

(a) 同轴电缆模拟电场装置； (b) 横向剖面

rb?rb?drrdr?ln R??ln Rrarb??rrb2?tra2?trrr2?trUa2?tUaln(rb/r)I???U?IR?U rraRrarb?lnrb rln(rb/ra)raba[实验内容及步骤]

图2 GVZ - 4型导电微晶静电场描绘仪

1、将导电微晶上内、 外两电极分别与直流稳压电源的正、负极相连接,电压表正、 负极分别与测试笔及电源负极相连接,移动测试笔测绘同轴电缆的等位线簇。要求相邻两等位线间的电位差为1V,以每条等位线上各点到原点的平均距离

r为半径画出等位线的同心圆簇。

2、根据电场线与等位线的正交原理,画出电场线,并指出电场强度方向,得到一张完整的电场分布图。

3、在坐标纸上作出相对