《大学物理实验》课程教学资源（操作指导）模拟法描绘静电场操

模拟法描绘静电场操作指导一、实验目的1.了解静电模拟法的应用。2、加深电场强度、电位及二者间关系的理解。3.熟悉常见静电场中电力线和等位面的关系及分布规律。二、实验原理一般来说带电体的形状比较复杂，很难用理论方法进行计算。由于仪表（或其探测头）放入静电场，总要使被测场原有分布状态发生畸变，用实验手段直接测绘真实的静电场也变得不可能。一个可能的方法是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的研究和测量，这种方法称为“模拟法”。由电磁场理论可知，稳恒电流电场和静电场的空间分布是一致的，只要电极形状一定，电极电势不变，空间介质均匀，在任何一个考察点，均有“U恒=U电”或“E稳恒=E静电”，因此，欲测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流的电场即可。同时，在测绘时为能简单给电场定性，只研究横截面上的电场分布即可。考虑到E是矢量，而电位U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，然后根据电力线与等位线正交的原理，画出电力线。模拟方法的使用条件和范围1.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：2.稳恒电流场中的导电介质应是不良导体且电导率分布均匀，满足电极>>0导电质才能保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等位面。3.模拟所用电极系统与被模拟静电场的边界条件相同。三、实验操作步骤O钟0口电压调节电视开关早压图1模拟法测绘静电场电路图测量1.取平行导线水槽，注入5mm左右的自来水，放入电极架下层，连线，确认准确后再接通电源。2.拨到“输出”一档。令同步探针的下探针分别与水槽电极的两极接触，观察电压指示的变化。旋转电压调节旋钮，使两极间的电位差为10V。拨到“测量”一档。移动探针，找出2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V、电压值对应的等位点。每个设定电压值的等位点至少取10个点。1

模拟法描绘静电场操作指导 一、 实验目的 1. 了解静电模拟法的应用。 2. 加深电场强度、电位及二者间关系的理解。 3. 熟悉常见静电场中电力线和等位面的关系及分布规律。 二、实验原理 一般来说带电体的形状比较复杂，很难用理论方法进行计算。由于仪表（或 其探测头）放入静电场，总要使被测场原有分布状态发生畸变，用实验手段直接 测绘真实的静电场也变得不可能。一个可能的方法是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的研究和测 量，这种方法称为“模拟法”。 由电磁场理论可知，稳恒电流电场和静电场的空间分布是一致的，只要电极 形状一定，电极电势不变，空间介质均匀，在任何一个考察点，均有“U稳恒=U静 电”或“E稳恒=E静电”，因此，欲测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流的电 场即可。同时，在测绘时为能简单给电场定性，只研究横截面上的电场分布即可。 考虑到 E 是矢量，而电位 U 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，然后根据电力线与等位线正交的原理，画出电 力线。 模拟方法的使用条件和范围 1.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； 2.稳恒电流场中的导电介质应是不良导体且电导率分布均匀，满足σ电极>>σ导电质才 能保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等位面。 3.模拟所用电极系统与被模拟静电场的边界条件相同。 三、实验操作步骤 图 1 模拟法测绘静电场电路图 测量 1.取平行导线水槽，注入 5mm 左右的自来水，放入电极架下层，连线，确认准确 后再接通电源。 2.拨到“输出”一档。令同步探针的下探针分别与水槽电极的两极接触，观察电 压指示的变化。旋转电压调节旋钮，使两极间的电位差为 10V。 拨到“测量”一档。移动探针，找出 2V、3V、 4V、5V、6V、7V、8V、电压值 对应的等位点。每个设定电压值的等位点至少取 10 个点。 1

3.将电位相等的点连成光滑曲线即成为一条等位线。4.将水槽电极改为同轴电缆水槽电极，换另一张坐标纸。重复2、3，画等位线。5.将水槽电极改为聚焦水槽电极，换另一张坐标纸。重复2、3，画等位线。画图1.标出每条等位线代表的电压值，写图名。2.根据电力线场等位线正交的关系，画出电场线。电极与其对应的电场示例：（1接线柱；2电极；3有机玻璃水槽）图2（a）聚焦电极图2(b）聚焦电场图3（a）平行导线电极图3（b）平行导线电场图4（a）同轴电缆电极图4（b）同轴电缆电场注意事项1.两电极间的电压调为10V后，测量过程中要保持不变。2.水槽电极放置时位置要端正、水平。避免等位线失真。3.使用同步探针时，应轻移轻放，避免变形，以致上、下探针不同步。测量时，应轻轻正按上探针按钮，使探测点与描绘点对应。4.实验结束后，将水槽中的水倒掉并将倒扣放置，避免电极氧化生锈。2

3.将电位相等的点连成光滑曲线即成为一条等位线。 4.将水槽电极改为同轴电缆水槽电极，换另一张坐标纸。重复 2、3，画等位线。 5.将水槽电极改为聚焦水槽电极，换另一张坐标纸。重复 2、3，画等位线。 画图 1.标出每条等位线代表的电压值，写图名。 2.根据电力线场等位线正交的关系，画出电场线。 电极与其对应的电场示例：（1 接线柱；2 电极；3 有机玻璃水槽） 图 2（a）聚焦电极 图 2 (b) 聚焦电场 图 3（a）平行导线电极 图 3(b) 平行导线电场 图 4（a）同轴电缆电极 4 (b) 同轴电缆电场 注意事项 10V 后，测量过程中要保持不变。 针不同步。测量时， 4.实验结束后，将水槽中的水倒掉并将倒扣放置，避免电极氧化生锈。 图 1.两电极间的电压调为 2.水槽电极放置时位置要端正、水平。避免等位线失真。 3.使用同步探针时，应轻移轻放，避免变形，以致上、下探 应轻轻正按上探针按钮，使探测点与描绘点对应。 2