静电场的描绘
静电场的描绘实验报告
静电场的描绘实验报告实验报告：静电场的描绘引言：静电场是学习物理必须要学习的重要内容之一，为了更好地理解静电场的性质，进行实验来描绘静电场，是非常有意义的。
实验方法：我们使用三种不同的实验设备来描绘静电场，分别是电荷静电力测量仪、电磁感应仪和电势差测量仪。
实验一：电荷静电力测量仪我们用电荷静电力测量仪来测定电荷间的静电力大小及方向，并将数据转换成向量图形表示。
具体实验步骤如下：1.在电荷静电力测量仪上调整两个测量电荷球的距离，并记录下电荷球带的电量。
2.将第一个电荷球放置在原点位置，然后将第二个电荷球移动以便操作者能够得到一系列点的静电力测量值。
3.以第一个电荷球为原点，绘制坐标系，并在坐标系上标出第二个电荷球所处的数据点。
4.通过在点上画出向量表示每个点的静电力大小和方向，并连接向量得出静电场线。
实验二：电磁感应仪在这个实验中，我们使用电磁感应仪来描绘静电场，并观测屏幕上的电荷密度线。
1.在电磁感应仪的探头上加上静电荷，并将探头移至所需的位置。
2.将探头上的传感器与计算机相连，并启动软件。
3.在屏幕上选择并观察电势线和电荷密度线。
4.通过将探头移动至所需的位置，可以观察到整张屏幕上的线性变化，从而描绘整个静电场的图像。
实验三：电势差测量仪在这个实验中，我们使用电势差测量仪来直接测量已知两个电荷之间的电势差，并画出等势面。
1.在两个电荷静电力测量仪上设置两个位置，并测定所需的电势差。
2.以第一个电荷为原点，绘制坐标系并在坐标系中标出第二个电荷的位置。
3.连接每个点上等势线得出整张图像。
结论：经过这三个不同的实验设备，我们可以清晰地描绘出电荷间的静电力、静电场和等势面。
这对我们理解静电学的重要概念和原理是十分有帮助的。
同时，这些实验设备也使我们更深入地了解了静电场的性质和特点。
案例一：静电精密印刷静电精密印刷技术利用静电场的原理来进行数字和图像的高精度印刷。
该技术可将图像印刷到板材上，从而生产出高质量的复杂印刷品。
物理实验-静电场的描绘-实验报告.doc
物理实验-静电场的描绘-实验报告.doc实验目的：通过实验观察、描绘静电场分布情况，熟悉静电场的特性，掌握静电场的描绘方法。
实验原理：静电场是指由电荷分布所产生的空间区域内的电场。
在静电场中，如果放置一个试验电荷，试验电荷会受到电场力的作用，力的方向与电场方向相同或相反，力的大小与电场强度成正比。
静电场的描述有两种方法：一是采用电势来描述电场，二是采用电场线（或称力线）来描述电场。
电势表示一点在电场中所拥有的能量，是以单位正电荷所需要做的功为基础建立的电势能单位。
图1是电势线示意图，在同一电势面上，电势值相同。
在电势降低的方向移动，电场强度也随之增加。
图1 电势线图电场线表示电荷在电场中运动所受的力的方向和大小，是从正电荷到负电荷方向的有向线段，线段方向与所处位置的电场方向相同。
电场线的密度表示电场强度大小。
图2是电场线和等势线示意图，等势线是垂直于电场线的曲面。
在同一等势面上，等势线值相同。
实验步骤：1.将实验方程安置于平滑的水平面上，调整方程的平衡。
2.在陶瓷杯内加入适量炭粉和浓硫酸混合液（体积比为2:1），用玻璃棒搅拌均匀。
3.将金属点状探针固定在支架上，将探针接上电源正极，接上万用表的电势测量表头，探针量程为±199.9V。
4.将另一金属片放在炭粉混合液中，将金属片接上电源负极，作为原点。
5.在实验方程上方和侧方依次插入探针，分别在探针接触点上记录电势值。
6.根据电势值得变化，描绘出电势等值线，即等势线。
以钱先生的名字为例，描绘的图形如图3所示。
图3 静电场的描绘结果分析：根据实验结果可以看出，在静电场中，电势值随距离的变化而变化，电势值越高的地方，电场强度越大。
在同一电势面上，电势值相同，电场线和等势线的特性不同：电场线方向和大小表示电场强度和方向，等势线表示等势面的形状和大小。
结论：本实验利用探针和电势测量仪测得静电场在空间中的电势分布，描绘出了电场的分布情况，并深入理解了静电场的特点和描绘方法。
实验报告静电场的描绘
实验报告静电场的描绘实验目的：1.描绘静电场的形状；2.观察静电场的强度分布；3.测量静电场的性质。
实验原理：静电场是由电荷引起的一种力场。
当电荷分布在空间中时，会形成一个静电场。
静电场可以通过电力线来描绘，电力线表示电场中的电力方向。
电力线从正电荷出发，指向负电荷。
电力线越密集，表示该区域的电场越强。
实验器材：1.电荷发生器；2.电场测量仪。
实验步骤：1.将电荷发生器置于实验台上，并连接好电源；2.调节电荷发生器的电压，使其生成一定大小的电荷；3.将测量仪的探头放置在不同位置，并记录下每个位置的电场强度；4.根据记录的数据，绘制静电场的电力线图。
实验结果与分析：通过实验观察，可以发现电场的形状是由电荷的分布决定的。
当电荷分布均匀时，电力线是均匀分布的，表示电场强度是均匀的。
而当电荷分布不均匀时，电力线的密度就会有所不同，表示电场强度的分布也不均匀。
在实验中测量到的电场强度数据如下：位置1：电场强度为1.5N/C位置2：电场强度为2.2N/C位置3：电场强度为0.8N/C根据这些数据可以绘制出电场的分布图。
假设位置1是正电荷的位置，位置2是负电荷的位置，通过连接位置1和位置2的电力线可以描绘出整个电场的形状。
实验验证了静电场的存在，并且通过测量电场强度，可以得到静电场强度的分布图。
这对于研究电场的性质和应用是非常重要的。
例如，在电磁学中，可以利用静电场的性质进行电场分析和计算，通过电场的分布图可以更好地理解电场的行为和性质。
结论：通过实验描绘了静电场的形状，并测量了静电场的强度分布。
实验验证了静电场的存在，并且通过电力线来描绘静电场的形状和强度分布。
实验结果对于研究电场的性质和应用具有一定的意义。
静电场的描绘和测量是探索电场行为和性质的重要手段。
实验二、静电场的描绘
实验二 静电场的描绘一、实验目的1. 掌握用模拟法测绘静电场的设计思路，实验方法。
2. 学会用模拟法测绘等势线。
3. 重点培养学生理论联系实际的能力。
二、实验器材：双层式静电场测绘仪（包括导电纸和记录纸）、1750Ω、0.3A 滑线变阻器、10V 电压表、灵敏检流计、HY1711---3SD 多路直流稳压电源、导线若干。
三、实验原理： (一)理论结果本实验要描绘无限长同轴柱体间的电场分布，（见图4-1,只画出部分），因为是无限长，由高斯定理可得任一点P 的场强为:02E rλπε=（1）式中λ为单位长度所带电荷量，r 为点p 到轴线之半径。
因已有理论结论，故本实验为验证性实验（但目的不在验证，而在验证所采用的思想方法，即如何将理论与实际联系起来）。
由于场强是矢量，用电势标量描述较为方便。
场强与电势的关系为：duE dr=-（2） 将（2）式分离变量并将（1）式代入积分有：02r dru Edr rλπε=-=-⎰⎰ ，∵外柱面接地（r U =0），内柱体为等势体（r U =0U ），∴当=B r r =0r u ⇒；当0A r r r u u =⇒=，故有：)ln()ln(0AB B r R R r R u u = （3） (3)式为两柱体间任一点电势的理论公式，本实验测静电场电势将依据这一公式。
图4-1（二）设计思想及方法但静电场电势是不便直接测量的，因任何仪器均含金属（导体），放入静电场中将会在导体表面产生感应电荷，该感应电荷产生的场叠加在原静电场上，造成原静电场发生强烈畸变，而无法测出。
因此需采用一种间接测量的方法——模拟法，即在条件相同的情况下，仿照另外一个场（模拟场）来代替原静电场的测量的方法称为模拟法。
模拟场需满足的条件为：①与原静电场具有相似性；②便于测量。
稳恒电流场作为模拟场可满足上述条件，定性说明： 1、两场都可用同一个量电势u 来描述（由稳恒电流场的欧姆定律：RuI = 说 明，式中u 即为相对零电势点的电势差）；2、两场的方向一致（由欧姆定律微分形式：E Jσ=说明)；3、条件相同情况下，对应于两极间的任意一点的电势数值相等（不证，说明（3）式可由RuI =对R 积分推出）。
静电场的描绘实验PPT
静电场的描绘与研究
目录
1 实验背景 2 实验原理 3 实验仪器 4 实验内容
5 实验拓展
实验背景
摩擦起电
闪电
实验原理
本实验用稳恒电流场模拟静电场 ☞了解模拟法描绘静电场的依据及描绘方法 ☞描绘并分析几种静电场的等位线（等势线）和电场线
实验原理
静电场的描述 ——电场强度 E(矢量)和电势 (标量)
实验原理
为克服直接测量静电场的困难，可模拟一个与待测静电 场分布完全一样的电流场，用容易直接测量的电流场去 模拟静电场。
稳恒电流场的描述 ——电场强度 E(矢量)和电势 (标量)
——电场线与等势线 ——正交原理
实验原理
静电场E 稳恒电流场 J
实验原理
圆柱体电容器中的静电场
·
同轴圆柱面之间的稳恒
ln
b
主要实验部件
实验仪器
电极、导电微晶
测试仪
探针 游标卡尺
实验内容
☞描绘长直同轴电缆中的静电场
Ur
UA
ln
r b
ln a b
线性化
ln r ln b U r ln a UA b
绘制lnr 和Ur/UA的图线
实验内容
思考： 1.内外电极通电的正负极如何连接？ 2.为什么探针上只有一根导线引出？ 3.测量点的数量如何选择？等势线的疏密如何分布？
静电场的描绘实验原理
静电场的描绘实验原理
静电场的描绘实验原理是利用静电现象的性质来观察电场的分布情况。
当一个带电体存在于空间中时，会在其周围形成一个电场，导致该电场附近的空间具有电场能量。
为了描绘静电场的分布情况，可以使用一种叫做静电力线的方式。
静电力线是指沿着电场中单位正电荷所受力的方向所画出的线。
根据库仑定律，单位正电荷在电场中受到的力的方向与电场中该点的切线方向一致，因此静电力线可以描绘出电场的分布情况。
在进行描绘实验时，可以使用一根金属丝或者一根带有电荷的棒作为描绘的工具。
当工具靠近带电体时，由于带电体周围存在电场，工具上的电荷会受到电场的作用而受力，导致工具发生偏转。
根据偏转的情况，可以描绘出一部分静电力线。
为了更加精确地描绘静电场的分布情况，可以选择不同的描绘工具进行实验，如使用多根带电棒或者测量电荷的轨迹等。
最终，通过对不同位置的描绘进行综合分析，可以得到一个完整的静电力线图，描绘出静电场的分布情况。
需要注意的是，在进行描绘实验时，要注意安全和实验环境的控制，以避免对实验结果产生干扰。
此外，尽量使用合适的设备和方法进行实验，以确保实验结果的准确性和可靠性。
实验五 静电场的描绘
实验五 静电场的描绘【实验目的】1.学习用模拟法描绘静电场的分布的基本概念。
2.通过描绘同轴柱面电场的等势线和电场线，加深对电势和场强关系的理解。
【实验仪器】1-MJ 型静电场描绘仪（含专用电源、数显电压表）、探针、水槽、毫米方格纸等【实验原理】1、 静电场测量的困难与模拟法带电体在其周围空间会产生静电场，可以用电场强度和电势的空间分布来描述。
2、 静电场的相似模拟——用稳恒电流场模拟静电场根据相似模拟的特点，本实验用稳恒电流场模拟静电场。
【实验结果及数据处理 】rE 02πελ= （1） 式中，λ为A （或B ）的电荷线密度，其电势r U 可表示为：ar U dr E U U r a a a r ln 20⎰-=⋅-=πελ （2） 在b r =处应有ab U dr E U U b a a a b ln 20⎰-=⋅-=πελ （3） 令b r =时，0=b U ，代入（3）式，得：a b U a ln 20=πελ 代入（2）得 a b r bU U a r ln ln= （4） 距中心r 出的场强为r ab U dr dU E a r 1ln ⨯=-= （5） rdr dR ⨯=πδρ2 rb R rb ln 2πδρ= （6） a b R ab ln 2πδρ= （7） ab U R U I a ab a ln 2ρπδ== （8） a b r bU IR U a rb r ln ln==' （9） E drdU dr U d E r =-='-=' 5、无限长带电同轴圆柱体中的电场的模拟ab r bU U ln ln0= 0/)(U U b a b r = （10） 【实验步骤】1、测绘无限长平行带电直导线的等势线簇。
（1）水槽中倒入适量的水，调节水槽使之水平，水盘内各处水深要相同但不要太深，以5mm 左右为宜。
（2）选用平行导线电极，按照图6连接电路，调节滑线变阻器使两电极A 、B 之间的电势差V U 120=。
实验四 静电场的描绘
实验四静电场的描绘实验目的：1、掌握静电场的概念及性质。
2、掌握静电场的描绘方法。
实验原理：静电场是指由于电荷之间的相互作用所形成的力场。
任何一个电荷都会在空间中产生电势，电势在空间中构成了电势场，在电势场中的电荷就会受到电力的作用。
因此，电势和电势场是描述静电场的基本概念。
电场强度是电场中单位正电荷所受到的力，用E表示，在国际单位制下，单位为牛顿/库仑。
电组力线可以描述电场强度的方向和分布。
电场线的密度越大，表示这里的电场强度越大。
在均匀电场中，电场线是平行且等距的。
静电场的描绘方法有电势线法和电场线法两种。
电势线是虚线，但是我们可以通过这些线来说明物理简化的结果。
一个任意的电场，都可以使用高中物理中所学习的基本公式来计算出，为它处在电势V的电势场中所受到的力Fi。
公式为Fi = -q∇V，其中∇是表示梯度的符号，简单来说它就是一种求导数的方法，表示V沿x，y，z三个方向的变化量。
简单来说，Fi是由V给出的。
这个方程式也可以理解为Fi是由电势线所给出的。
静电场的描绘方法可以直接影响电荷运动的方向，这一点尤其重要。
只有清楚地知道电荷在哪里以及它是如何移动的，才能精确地进行电磁学计算。
实验内容：通过静电场的实验装置，使用点式荧光板、阳极针、高压电源、以及实验器材，验证静电场的描绘方法。
第一步，准备工作：将点式荧光板固定在实验台上，然后通过高压电源产生一个高压电场，使红色游离的荧光粉停留在荧光板上。
接下来，连接阳极针，将它放置在完全平面的荧光板上。
第二步，描绘电势线：首先，将阳极针与高压电源接通，然后将它放置在荧光板上完成电路的闭合。
在此基础上，缓慢移动针，观察荧光粉的移动状态及长度。
观察可知，荧光线是由电势线组成。
每一条荧光线都是一个等势面，它与所描绘的电势相同。
描绘静电场的电势线有两个基本规律：一是电势线的方向总是沿电场的切线方向，二是电势线的间距反比于对应的电势。
一般来说，电场线图是效果更佳的电场描绘方法。
静电场的描绘实验总结
静电场的描绘实验总结引言：静电场是物理学中的基础概念，对于理解电荷相互作用、电场的分布以及电磁现象的发生具有重要意义。
为了能够准确地描绘静电场的特征和行为，科学家们进行了一系列实验探索。
本文将对静电场的描绘实验进行总结，并探讨实验过程中的发现和经验。
实验一：平行板电容器的电场分布在这个实验中，我们使用平行板电容器来观察和描绘静电场的分布。
首先，我们将两块平行金属板平行放置，然后通过电源连接两板上的正负极。
接下来，我们用一个带有电荷的小球靠近平行板电容器的表面，并用一个指针记录球的运动轨迹。
实验时，我们发现当球靠近放置正极的板时，由于电荷的相互作用，球会受到斥力，被推向负极的方向。
根据球的运动轨迹和所受力的大小，我们可以描绘出平行板电容器内部的电场分布图。
实验结果显示，电场强度在两板之间是均匀的，且从正极板指向负极板。
实验二：电场力线的可视化为了更直观地描绘静电场，我们使用了一种叫做“电场力线可视化”的实验方法。
在实验中，我们使用了电场感应仪，这是一种能够感应和测量电场强度的仪器。
首先，我们将一根金属丝连接到电场感应仪上，并将其放置在静电场中。
然后，我们移动感应仪，观察并记录仪器指针的变化。
通过连续移动感应仪，我们可以绘制出电场力线的分布。
实验结果显示，电场力线始终与等高线垂直，并且从正电荷指向负电荷。
这种可视化方法使我们更容易理解电场的分布和方向。
实验三：电场势能的变化通过测量电场势能的变化，我们可以了解静电场中电荷的势能分布情况。
在这个实验中，我们将一个带有电荷的小球从一个位置移动到另一个位置，并记录在不同位置时小球的电势差和电势能变化。
我们发现，当电球在电场中移动时，它的电势能会发生变化。
在静电场中，电场力做功将电球的势能从高处转移至低处，形成了势能差。
通过实验测量，我们可以绘制出电场势能随位置的变化曲线。
这种实验不仅反映了电场中电势能的分布，还对理解电荷移动和电场力产生的基本原理具有重要意义。
实验七 静电场的描绘
实验七：静电场的描绘
[实验目的] 1、了解用电流场模拟静电场的基本原理。
2、学习用模拟法描绘静电场的分布。
3、加深对静电场强度和电势概念的理解。
[实验仪器] 直流稳压电源，电压表，圆筒电极，水盘。
[实验原理] 静电场是由电荷分布决定的，静电场中无电流。
由于在一定条件下电解质中的稳恒电场与静电场服从相同的数学规律，因此可以用稳恒电流场来模拟静电场进行测量。
这种实验方法称为模拟法。
所以，描绘静电场的分布，只要描绘相应的稳恒电流场的分布就行了。
电场线是人们假想的，用来描绘电场，当有电子流动时所产生的电流会沿着电场线流动，故它们存在相似的分布状况，而电场线又与等势面正交，由实验所得出等势面，易画出电场线，所以可以描绘电流线模拟电场线。
[实验内容与步骤]
内容圆筒电极等势线分布的模拟描绘。
步骤：1、向水盘加入适量的水，并按照测量原理连接好导线。
2、接通电源，取一张坐标纸。
把探针放入水盘。
3、调节探针，依次测量电极的2-3组等势点，每组8-10个点，坐标纸上标出。
[实验数据记录及处理]在坐标纸上用铅笔将八个点连成等势线，根据电场线与等势线相互正交的特点，画出模拟空间的电力线，标出电场线的箭头。
[研究问题]用电流场模拟静电场的理论依据是什么？
1。
8实验八 静电场的描绘
（4）将探针轻靠电极，描出两极边缘处的若干 点。描点过程中不要碰动水槽 （5）依次描绘电势为1.0V、2.0V、3.0V 、 4.0V、5.0V、6. 0V、7.0V 的若干条线，每 根等势线上的点数不少于10个，并且分布比 较均匀。
1． 打开测试电源通电。
2． 将电压输出端子与电极板的正负极相接。 3． 将测试端子（探针输入）与探针相连。 4． 将选择开关置于电压位置（内侧），旋转 电压调整旋钮选择一合适的电压点，如8V。 5． 将选择开关置于测试位置(外侧)，装置即可 寻找等位点。
7．
8．
9．
数据处理
1.描绘同轴电缆横截面和聚焦电极轴截面上的电场
分布图
（1）在记录了等势点的记录纸上画出电极 （2）将记录的各等势点用虚线连成光滑的等势线，
标出电势值。
（3）根据电力线与等势线正交的关系，从正极出
发，以适当的密度（疏密对应于场强的大小），用 实线作出电力线分布图，标出方向。
6．
将复写纸及一张白纸平铺于上层板上， 并夹紧固定板。 移动探针选择一电位点，压下上探针打 点，然后移动探针选取其它等位点并打点， 即可描出一条等位线。 重复上述6、7步骤，可测出一系列不同 电位的等位线，并可描绘出电力线。 测试结束关闭电源，整理好导线，将水 槽中水倒净，并将电极板反扣于桌面，以使 装置保持干爽。
r
(图 b1)
(图 b2)
q dr q ln r C 则 U r Edr 2h 0 r 2h 0
由边界条件得：
代入上式得：
r r1时U r U1
r r2时U r U 2 0
q C ln r2 2h 0
整理得：
q U1 即 2h ln r ln r 0 2 1
静电场的描绘实验报告
静电场的描绘实验报告引言：静电场是电荷在周围空间中所产生的力场，它是电磁场的一种。
静电场广泛应用于工业、生活和科学研究等领域，对于我们的日常生活和科学研究具有重要意义。
本实验旨在通过模拟实验方法，描绘静电场的性质和特征。
实验步骤：第一步：实验材料准备我们使用了以下实验材料：1. 塑料棒2. 金属导线3. 金属导体板4. 球形电容器5. 电荷仪第二步：静电场的形成首先，我们通过摩擦塑料棒，将塑料棒带有一个正电荷。
然后将这根带正电的塑料棒靠近金属导线尖端，这时我们可以观察到金属导线也被带有相同电荷的塑料棒所带动，形成了一个静电场。
第三步：静电场的特征为了描绘静电场的特征，我们使用金属导体板和球形电容器进行实验。
1. 金属导体板实验将带有正电荷的塑料棒靠近金属导体板，我们可以观察到导体板上的自由电子受到排斥，集中在导体板的反方向。
这种现象说明了静电场具有斥力的特征，并且在靠近电荷的地方电荷密度较高。
2. 球形电容器实验为了进一步描绘静电场的特征，我们利用球形电容器进行实验。
首先，将带有正电荷的塑料棒靠近球形电容器的一侧，然后将电荷仪放置在球形电容器的另一侧以测量电荷的分布情况。
实验结果显示，电荷在球形电容器上的分布不均匀，呈现出密集的地方和少电量的地方。
这说明静电场在球形电容器内部也是不均匀的，而且电荷密度与距离电荷的远近有关。
讨论与结论：通过以上实验，我们可以得出一些结论：1. 静电场具有斥力的特征，带有相同电荷的物体会排斥彼此，而带有不同电荷的物体会相互吸引。
2. 静电场的特征与距离相关，电荷的密度会随着距离的变化而变化。
距离电荷较近的地方电荷密度较高，距离电荷较远的地方电荷密度较低。
3. 静电场在闭合导体表面上是均匀的，但在球形电容器内部会出现不均匀的分布。
综上所述，本实验通过模拟实验方法描绘了静电场的特征和性质。
静电场的研究对于我们理解电磁场的形成和应用具有重要意义，也为我们更深入地探索电荷和电场的关系奠定了基础。
实验七 静电场的描绘
实验五静电场的描绘实验目的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要领的理解。
实验仪器GVZ一3型导电微晶静电场描绘仪(导电微晶、双层固定支架、同步探针等)，支架采用双层式结构，上层放记录纸，下层放导电微晶。
电极已直接制作在导电微晶上，并将电极引线接出到外接线柱上，电极间有电导率远小于电极且各项均匀的导电介质。
接通直流电源〔10V)就可进行实验。
在导电微晶和记录纸上方各有一探针，通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上，两探针始终保持在同一铅垂线上。
移动手柄座时，可保证两探针的运动轨迹是一样的。
由导电微晶上方的探针找到待测点后，按一下记录纸上方的探针，在记录纸上留下一个对应的标记。
移动同步探针在导电微晶上找出若干电位相同的点，由此便可描绘出等位线。
实验原理在一些科学研究和生产实践中，往往需要了解带电体周围静电场的分布情况。
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。
用实验手段直接研究或测绘静电场通常也很困难。
因为仪表（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；除静电式仪表之外的一般磁电式仪表是不能用于静电场的直接测量，因为静电场中不会有电流流过，对这些仪表不起作用。
所以，人们常用“模拟法”间接测绘静电场分布。
一、模拟的理论依据模拟法在科学实验中有极广泛的应用，其本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程的研究，以代替不易实现、不便测量的状态或过程的研究。
为了克服直接测量静电场的困难，我们可以仿造一个与静电场分布完全一样的电流场，用容易直接测量的电流场模拟静电场。
静电场与稳恒电流场本是两种不同场，但是它们两者之间在一定条件下具有相似的空间分布，即两场遵守的规律在形式上相似。
它们都可以引入电位U，而且电场强度U=；它们都遵守高斯定理：对静电场，电场强度在无源区域E-∇内满足以下积分关系∮E·ds = 0 ∮E·d l = 0对于稳恒电流场，电流密度矢量J在无源区域内也满足类似的积分关系∮J·ds = 0 ∮J·d l = 0由此可见，E和J在各自区域中满足同样的数学规律。
大学物理（精品本科）3静电场的描绘
图1两点电荷的电场分布图静电场的描绘一、实验目的1.掌握模拟法描绘静电场的原理和方法。
2.加深电场强度、电势和电势差概念的理解。
3.测绘两点电荷电极、同轴柱面电极、聚焦电极的电场分布。
二、实验仪器DZ-2型电场描绘仪，双层探针，AC-20型静电场描绘电源，两点电荷水槽电极，同轴柱面水槽电极，聚焦电极水槽，万用表。
三、实验原理在科学研究和生产实践中，有时需要知道一些电子器件和设备中的电极周围的电场分布。
由于电极形状和实际问题的复杂性，很难通过理论计算得到电场的分布，一般都通过实验或者数值模拟的方法来确定。
当用测量仪器直接测量电场时，由于测量头在静电场中会产生感应电荷或束缚电荷，而使被测电场发生变化。
因而实验时常采用一种间接的测量方法 模拟法，即仿造一个电场（模拟场）与原电场完全一样。
在一定条件下静电场与稳恒电流场遵守的规律在形式上相似，当用探针去测模拟电场时，也不受干扰，因此可以间接地测出被模拟的电场中各点的电势，连接各等电势点得到等势面。
根据电力线与等势面的垂直关系，描绘出电力线，即可形象地了解电场情况，加深电场强度、电势和电势差概念的理解。
1.两点电荷的电场分布如图1所示，两点电荷各带等量异号电荷，其上电势分别为V +和V -。
由对称性，电场分布（图中箭线所示）和等势面（图中虚线表示）也是对称分布的。
做实验时，以水作为介质填充在水槽电极的两极之间。
若在两电极上加一定的电压，介质中便会有（删除此括号的内容：恒定不变的）电流产生，（删除此括号的内容：这样就可以直接）用电压表测量介质中各点相对于其中一个电极的电势，再根据电势变化的最大方向（删除此括号的内容：计算）描绘出电场。
理论和实践证明，导电介质中恒定电流建立的电场与静电场的规律完全相似，因而可以用稳恒电流场去模拟静电场。
两点水槽的稳恒电流电场特征与两点电荷的静电场场强分布相同。
实验中电极接交流电，产生交流电场的瞬时值随时间变化，但交流图2同轴柱面的电场分布图 _ 电场的有效值与稳恒电场是等效的。
静电场的描绘实验报告
静电场的描绘实验报告
实验名称：静电场的描绘
实验目的：通过实验了解静电场的特性，并能够描绘出静
电场的分布。
实验器材：电荷静电电位计、导线、导线夹、静电发生器
实验原理：静电场是由不同电势的电荷所产生的，电位计
可以测量出不同位置的电势值，从而描绘出静电场的分布。
实验步骤：
1. 将电位计和静电发生器连接在一起，并接通电源。
调节
电位计使得电位计的指针指向零位。
2. 将电位计的探针靠近一个电荷，记录下电位计的指针指
向的数值。
3. 将电位计的探针移动到其他位置，记录下电位计的指针
指向的数值。
4. 根据记录的数值，可以计算出不同位置的电势差，从而
得到静电场的分布情况。
5. 可以重复以上步骤，在不同的位置和距离上测量电位差，得到更加精确的静电场的描绘。
实验结果：根据测量得到的数据，可以绘制出静电场的分
布图，通过图形可以直观地了解静电场的特性和分布情况。
实验注意事项：
1. 实验中要小心操作，避免触碰到电荷和导线。
2. 实验过程中要保持电位计的探针与空气隔离，避免测量
结果受到空气电位的影响。
3. 实验结束后，及时关闭电源并进行清洁。
实验讨论和分析：通过实验描绘的静电场分布图，可以发现静电场的电势随距离增加而减小。
静电场的分布图可以用等势线来表示，等势线是连接具有相同电势值的点的曲线，其形状可以反映出静电场的分布。
实验中还可以观察到电势差随距离的变化规律，这可以用电势差和距离的关系来描述，即电势差与距离的平方成反比。
大学物理实验静电场的描绘
大学物理实验静电场的描绘大学物理实验中，静电场的描绘是一个重要的实验项目。
通过静电场的描绘实验，我们可以了解静电场的分布、强度、方向等信息，进而深入探究静电场的性质和规律。
本文将从实验目的、实验原理、实验步骤、数据分析和结论等方面，详细阐述静电场描绘实验的全过程。
一、实验目的静电场描绘实验的主要目的是：通过测量静电场中各点的电场强度和电势分布，了解静电场的性质和规律；掌握电场强度与电势之间的关系；学习使用静电场描绘仪进行实验操作，提高实验技能和实践能力。
二、实验原理静电场是由静止电荷产生的非随时间变化电场。
根据高斯定理，电场强度E与闭合曲面上的电荷量成正比，与曲面内的点至电荷的距离成反比。
因此，通过测量某一点附近的电场强度，可以推算出该点所在区域的电荷分布情况。
在静电场中，电场强度E与电势差ΔV之间的关系满足拉普拉斯方程：ΔV=k/ε0EΔS，其中ΔS为曲面面积，k为真空中的介电常数，ε0为真空中的介电常数。
根据此关系，可以通过测量某一点附近的电势差来计算该点的电场强度。
三、实验步骤1.准备器材：静电场描绘仪、导电纸、绝缘纸、电极、电源、测量仪表等。
2.搭建实验装置：将导电纸放置在绝缘纸上，用电极与导电纸接触，连接电源和测量仪表。
3.充电：将电极充电至一定电压，使静电场在导电纸周围建立起来。
4.测量数据：将测量仪表调整至合适档位，测量静电场中各点的电场强度和电势分布，记录在表格中。
5.描绘图像：根据测量数据，绘制电场强度和电势分布图。
6.分析数据：对测量数据进行处理和分析，计算电场强度与电势之间的关系，得出实验结论。
7.清理实验现场：实验结束后，断开电源，将实验器材整理好。
四、数据分析根据实验测量数据，我们可以计算出各点电场强度和电势值。
通过对这些数据进行统计分析，可以得出静电场的分布、强度、方向等信息。
例如，我们可以计算出最大电场强度和最小电势差所在的位置，以及各点电场强度和电势的平均值、标准差等。
实验五静电场的描绘
实验五静电场的描绘一、实验目的1．了解模拟法描绘静电场的理论依据。
2．学会用模拟法研究静电场，在导电纸上描绘静电场分布的方法。
3．描绘几种静电场的等位线，根据等为线画出电力线。
4．加深对静电场，稳恒电流场的了解。
二、实验原理1．模拟法描绘静电场的理论依据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。
为了形象的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。
电力线和等位面相互正交的，有了等位面的图形就可以画出电力线，反之亦然。
我们所说的测量静电场，指的是测绘出静电场中等位面和电力线的分布图形，它是了解电场中一些物理现象或控制带电粒子在电磁场中运动所必须解决的问题，对科研和生产都是十分有用的。
但是直接对静电场进行测量是相当困难的。
首先静电场不会有电流存在，这样一来磁电式电表就失去了效用，其次是仪器和测量探针引入静电场时，必将在静电场的作用下出现感应电荷，而感应电荷产生的电场与原电场叠加，必使原电场发生畸变，得到的结果必然严重失真。
所以，直接测量是不可行的，只有采取间接的方法，仿造另一个场，使它与原静电场相似，当用探针对这种模拟场进行测量时，它不受干扰，就可间接测量被模拟的静电场。
用模拟法描绘静电场的方法之一是用电流场代替静电场。
本实验仪采用稳恒电流场模拟描绘静电场。
由电磁学理论可知电解质（或水液）中稳恒电流场与电介质（或真空）中静电场具有相似性。
当空间中不存在自由电荷时，各向同性介质中静电场满足下列微分方程及边界条件：▽·D＝0； D1n =D2n▽×E＝0； D1t =D2(1)式中D为电位移失量，E为电场强度矢量；下标中n表示法向，t表示切向，1、2代表边界两边的介质。
D和E的关系为D=εE=εrε0E （2）式中ε为介质介电系数，ε0为真空介电系数，εr为介质的相对介电系数{在静电场的无源区域中，电场强度矢量E 满足 (3)各向同性导电介质中稳恒电流场满足下列微分方程及边界条件▽·J ＝0；J 1n =J 2n ▽×E ＝0；E 1t =E 2t(4) 式中J 为电流密度矢量。
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实验三十二静电场的描绘
【实验目的】
1．学会用模拟法测绘静电场。
2．加深对电场强度和电位概念的理解。
【实验仪器】
EQC-3型导电玻璃静电场描绘仪
【实验原理】
带电体的周围存在静电场，场的分布是由电荷的分布、带电体的几何形状及周围介质所决定的。
由于带电体的形状复杂，大多数情况求不出电场分布的解析解，因此只能靠数值解法求出或用实验方法测出电场分布。
直接用电压表法去测量静电场的电位分布往往是困难的，因为静电场中没有电流，磁电式电表不会偏转；另外由于与仪器相接的探测头本身总是导体或电介质，若将其放入静电场中，探测头上会产生感应电荷或束缚电荷。
由于这些电荷又产生电场，与被测静电场迭加起来，使被测电场产生显著的畸变。
因此，实验时一般采用间接的测量方法（即模拟法）来解决。
1．用稳恒电流场模拟静电场
模拟法本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的物理状态或过程，它要求这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，而且这些物理量在两种状态或过程中满足数学形式基本相同的方程及边界条件。
本实验是用便于测量的稳恒电流场来模拟不便测量的静电场，这是因为这两种场可以用两组对应的物理量来描述，并且这两组物理量在一定条件下遵循着数学形式相同的物理规律。
例如对于静电场，电场强度E 在无源区域内满足以下积分关系
⎰⎰=⋅S
d 0S E （32－1） ⎰=⋅l
d 0l E （32－2） 对于稳恒电流场，电流密度矢量j 在无源区域中也满足类似的积分关系
⎰⎰=⋅S d 0S j （32－3） ⎰=⋅l d 0l j （32－4） 在边界条件相同时，二者的解是相同的。
当采用稳恒电流场来模拟研究静电场时，还必须注意以下使用条件。
（1）稳恒电流场中的导电质分布必须相应于静电场中的
介质分布。
具体地说，如果被模拟的是真空或空气中的静电
场，则要求电流场中的导电质应是均匀分布的，即导电质中
各处的电阻率 必须相等；如果被模拟的静电场中的介质不
是均匀分布的，则电流场中的导电质应有相应的电阻分布。
（2）如果产生静电场的Array带电体表面是等位面，则产
生电流场的电极表面也应是
等位面。
为此，可采用良导
体做成电流场的电极，而用
电阻率远大于电极电阻率的
不良导体（如石墨粉、自来
水或稀硫酸铜溶液等）充当
导电质。
（3）电流场中的电极形状及分布，要与静电场中的带电
导体形状及分布相似。
2．长直同轴圆柱面电极间的电场分布
如图32－1所示是长直同轴圆柱形电极的横截面图。
设
内圆柱的半径为a，电位为V a，外圆环的内半径为b，电位
为V b，则两极间电场中距离轴心为r处的电位V r可表示为
⎰-=r a a r Edr V V （32－5）
又根据高斯定理，则圆柱内r 点的场强
E ＝K ／r (当a ＜r ＜b 时) （32－6） 式中K 由圆柱体上线电荷密度决定。
将（32－6）代入（32－5）式
a r K V dr r K V V a r a a r ln -=-=⎰ （32－7）
在r ＝b 处应有
a b K V V a b ln -= 所以
)ln(a b V V K b a -= （32－8）
如果取V a ＝V 0，V b ＝0，将（32－8）式代入（32－7）式，得到
)ln()
(ln 0a b r b V V r = （32－9） 式（32－9）表明，两圆柱面间的等位
面是同轴的圆柱面。
用模拟法可以验
证这一理论计算的结果。
当电极接上交流电时，产生交流电场的瞬时值是随时间变化的，但交流电压的有效值与直流电压是等效的，所以在交流电场中用交流毫伏表测量有效值的等位线与在直流电场中测量同值的等位线，其效果和位置完全相同。
【实验内容】
1．长直同轴圆柱面电极间的电场分布
（1）开启电源开关。
左右开关，测左按左，测右按右。
（2）将直接检另开关按到直接，测量校正开关按到校正，调节电压调节旋钮到所需的工作电压10V。
（3）测量。
将测量校正开关按到测量，把坐标纸夹好，在坐标纸上描出8V、6V、4V和2V的四条等位线，每条等位线打点不得少于9个。
2．两平行长直圆柱体电极间的电场分布
操作方法跟上同，描出3V、5V、7V三条等位线。
3．聚焦电极间的电场分Array布
阴极射线示波管的聚焦
电场是由第一聚焦电极A1和
第二加速电极A2组成。
A2的
电位比A1的电位高。
电子经
过此电场时，由于受到电场力的作用，使电子聚焦和加速。
图32－4所示的就是其电场分布。
能过此实验，可了解静电透镜的聚焦作用，加深对阴极射线示波管的理解。
参照实验内容1按实验室要求测出若干条等位线。
【数据处理】
1．将等位点连成等位线。
2．根据电力线与等位线垂直的特点，画出被模拟空间的电力线。
3．测量出内容1长直同轴圆柱面电极间的电场分布图中每条等位线的直径，按（32－9）式计算出每条等位线的电位值，然后与测量电位值比较，计算相对误差并列出表格。
【注意事项】
1．水槽由有机玻璃制成，实验时应轻拿轻放，以免摔裂。
2．电极、探针应与导线保持良好的接触。
3．实验完毕后，将水槽内的水倒净空干。
【预习思考题】
1．为什么能用稳恒电流场模拟静电场？
2．实验发现，电子通过各种物质时极容易被物质吸收，无法象可见光一样用凸透镜
聚焦。
请设计一种方法，以便进行电子聚焦。
3．空间各点的场强E和电势V的微分关系为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿积分关系为＿＿＿＿＿＿＿。
4．本实验对水这种导电介质的特性有什么要求？
【讨论思考题】
1．用模拟法测的电位分布是否与静电场的电位分布一样。
2．如果实验时电源的输出电压不够稳定，那么是否会改变电力线和等位线的分布？为什么？
3．试从你测绘的等位线和电力线分布图，分析何处的电场强度较强？何处的电场强度较弱？
4．试从长直同轴圆柱面电极间导电介质的电阻分布规律和从欧姆定律出发，证明它的电位分布有与（32－9）式相同的形式。
5．为什么要采用模拟场的方法测量静电场？
6．任两个相邻等势面间的电势差为什么要求一致？
7．如果电源电压增加一倍，
du dn
是否变化？等势面和电力线的形状是否变化？。