模拟静电场-大学物理实验-海南大学
01大学物理实验-绪论- 海南大学儋州校区
uA x t
x x
n i 1 i
2
2
平均值的标准偏差：
s( x i ) s( x ) n
( xi x )2
i 1
n
n ( n 1)
海 南 大 学
《大学物理实验》
当n 时，s( xi ) 稳定值
标准偏差的特性
海 纳 百 川
标 准 偏 差
0.01
2
圆柱体高度： H H 2 H1 (19.32 4.00)cm 15.32cm
2
0.02 g 0.015g 3 大
道
2
2 2 2 u ( H ) 2 u B1 ( H ) u B 2 ( H ) 2 0.02 0.01 cm 0.029cm 致 3
结论：物理实验是物理学在其他学科中应用的桥梁。
海 南 大 学
《大学物理实验》
第二章 测量
海 纳 百 川
•物理实验以测量为基础
•完整的测量结果应表示为：
Y y
大 道 致 远 测量值的单位
以电阻测量为例 R＝910 .3 1.4
包括： 测量对象 测量对象的量值
测量的不确定度
范围内的概率很大， 的取值与一定的概率相联系。）
1993年由国际计量局（BIPM）、国际标准化组织(ISO) 大 等四个国际权威组织制定了《测量不确定度表示指南》， 并由国际理论与应用物理学会（IUPAP）、国际理论与应 道 用化学学会（IUPAC）等七个国际组织批准实施。
致 远
•不确定度----被测量分散性的表征。 •分为两类： A类---由多次测量统计分析评定的不确定度 B类---其他方法评定的不确定度 这些信息可能来自过去经验、校准证书、技术说明书、 来自计算、来自出版物信息、分度值等等。
大学物理实验用稳恒电流场模拟静电场
r
U1
U2
I
2
ln
r2 r1
K2
ln
r2 r1
E
2
r
U1
U2
2
ln
r2 r1
K1 ln
r2 r1
同轴电缆静电场推导过程〔不要求,了解〕
由 高 斯 定 律 ， 电 通 量 E ds
E 2 rl q E q
2 rl
电荷线密度 q l
E 2 r
λ电荷线密度
ε真空介电常数
同轴电缆电位推导过程〔不要求,了解〕
场中任一半径r处的电位：
U
K2
ln
r2 r
U
r r2e K2
U
10e 4.34 (cm)
可见圆柱形电极的等位线是同心圆.
2、静电场的测绘方法
场强E在数值上等于电位梯度,方向指向电位降落的方向.
同轴圆柱电缆电场
两点电荷电场
电力线与等位线正交
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.
模拟实验法：
a. 物理模拟 ：保持同一物理 场本身,把相同的物理现象/ 过程缩小或放大模拟再现.如 "风洞"的飞机模型,模拟实际 飞机在大气中飞行.
b. 数学模拟：两个不同本质的物理过程,用同一 个数学方程来描述.
为什么不直接测静电场, 而要用稳恒电流场模拟静电场？
• 直接测静电场存在困难：
•
a. 静电场中没有电流,电磁式电表
两场服从的规律： 数学形式相同, 且边界条件相同
则电场、电位分布完全相类似
故可用电流场模拟静电场〔数学模拟〕
如何实现电流场模拟静电场？ 稳恒电流场 模拟
同轴圆柱电缆的静电场
静电场的模拟实验报告
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、电子显微镜、加速器等电极系统，数学处理上十分困难，因而总是希望用实验方法直接测量。
但是，直接测量静电场往往很困难。
因为，首先静电场中无电流，不能使用磁电式仪表，而只能使用较复杂的静电仪表和相应的测量方法；其次，探测装置必须是导体或电介质，一旦放入静电场中，将会产生感应电荷或极化电荷，使原电场发生改变，影响测量结果的准确性。
若用相似的电流场来模拟静电场，则可从电流场得到对应的静电场的具体分布。
2、用稳恒电流场模拟静电场的可行性如果两种物理现象在一定条件下满足同一形式的数学规律，则可将对其中某一种物理现象的研究来代替对另一种物理现象的研究，这种研究方法称为模拟法。
模拟法本质上就是利用几何形状和物理规律在形式上相似的原理，把不便于直接测量的物理量在相似条件下间接地实现。
《大学物理实验》2-09静电场描绘实验
入上层面板的夹板下，将水槽电极放入下层中，接入电源 K
R
形成模拟场。下探针可在模拟场中探测到不同点的电位，
两探针由两根等长的金属片固定在探针座上始终同步，当 电源E 下探针探测出电场的等位点时，轻按上探针，便可在坐标
探针 V
+ 电极
－
纸上同步打出相应的等位点，即描迹点。静电场描绘仪电
图2
源面板如图 3 右部所示，它可以提供 0~15V 连续可调直流
（2）如果产生静电场的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
106
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 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Va，外圆环
－
的内半径为b，电位为Vb，则两极间电场中距离 轴心为r处的电位Vr可表示为
r
∫ V r = V a −
E ⋅dr
a
又根据高斯定理，则圆柱内 r 点的场强大小 E=K r
当 a＜r＜b 时（6）式中 K 由圆柱体上线电荷密度决定。 将（6）代入（5）式 有
柱面的水槽电极，参照实验内容 1 按实验室要求测出若干条等位线。
3．聚焦电极间的电场分布
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
A1
A2
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 5 所示的就
大学物理实验-绪论-海南大学儋州校区
的理解和掌握。
03
培养团队协作精神
实验课程通常需要小组合作完成，学生可以在实践中培养团队协作精神
和沟通能力。
对未来的展望和期待
深化实验教学
希望未来能够进一步深化实验教学，增加更多的实验项目和 内容，以满足学生的学习需求。
引入先进技术
将更多先进的实验技术引入课堂，提高实验的科技含量和教 学质量。
对未来的展望和期待
期末考试
在学期末进行，主要考察学生对实验原理、实验操作和数据处理等方面的掌握 程度，占总评成绩的50%。
06 结语
总结实验课程的意义和收获
培养实践操作能力
通过亲手进行实验操作，学生能够提 升实践操作能力，加深对物理原理的 理解。
培养观察和分析能力
实验过程中需要对实验数据进行细致 观察、记录和分析，有助于培养学生 的观察力和分析能力。
感谢您的观看
总结实验课程的意义和收获
• 培养科学素养和创新精神：通过实验课程，学生可以培养科学 素养和创新精神，为未来的学术研究和创新工作打下基础。
总结实验课程的意义和收获
01
掌握实验技能和方法
通过实验课程，学生可以掌握基本的实验技能和方法，了解实验设计和
操作流程。
02
加深对物理理论的理解
实验课程能够帮助学生将理论知识与实际操作相结合，加深对物理理论
光学实验
包括光的干涉、衍射和偏振等 实验项目。
力学实验
包括质点和刚体的运动规律、 动量守恒和碰撞等实验项目。
电磁学实验
包括静电场、恒定磁场和交变 电磁场等实验项目。
近代物理实验
包括原子分子结构、量子力学 和相对论等实验项目。
实验课程考核方式
平时成绩
模拟静电场测绘实验报告
模拟静电场测绘实验报告模拟静电场测绘实验报告引言：静电场是物理学中重要的概念之一，对于电荷的分布和运动具有重要影响。
为了更好地理解静电场的特性和分布规律，我们进行了一项模拟静电场测绘实验。
本实验旨在通过模拟电荷的分布情况，观察静电场的形态，并通过实验结果验证静电场的基本定律。
实验设备：1. 电荷模拟器：用于模拟电荷的分布情况，可以调节电荷的大小和位置。
2. 电场测量仪器：用于测量电场强度和方向，包括电场计和电势计。
实验步骤：1. 设置电荷模拟器：根据实验要求，设置电荷模拟器的电荷大小和位置。
可以选择不同的电荷分布方式，如点电荷、线电荷或平面电荷等。
2. 测量电场强度：将电场计放置在不同位置，记录电场强度的数值和方向。
通过改变电场计的位置，可以得到不同位置的电场强度分布情况。
3. 测量电势差：使用电势计测量不同位置之间的电势差。
通过测量不同位置的电势差，可以得到电场的等势线分布情况。
实验结果与讨论：通过实验测量和观察，我们得到了静电场的分布情况和特性。
以下是一些重要的实验结果和讨论：1. 电场强度与距离的关系：实验结果表明，电场强度与距离的平方成反比。
这符合库仑定律，即两个点电荷之间的电场强度与它们之间的距离成反比。
2. 电场线的形态：通过观察电场计的指示，我们可以看到电场线是从正电荷指向负电荷的。
在点电荷的情况下，电场线呈放射状分布；在平面电荷的情况下，电场线呈平行于平面的直线分布。
3. 电势差和等势线的关系：实验结果显示，等势线是垂直于电场线的曲线。
电场强度越大的地方，等势线越密集；电场强度越小的地方，等势线越稀疏。
结论：通过模拟静电场的测绘实验，我们深入了解了静电场的特性和分布规律。
实验结果验证了静电场的基本定律，如库仑定律和等势线的特性。
同时，实验还揭示了电场强度与距离的关系、电场线的形态以及电势差和等势线的关系。
这些实验结果对于理解静电场的本质和应用具有重要意义。
进一步研究：本实验只是对静电场的基本特性进行了初步的探究，还有许多有趣的问题值得进一步研究。
大学物理实验--实验五用模拟法测绘静电场NE...【精选】
实验五 用模拟法测绘静电场预习重点1.用稳恒电流场模拟法测绘静电场的原理和方法。
2.预习同轴柱面的电场分布情况。
实验目的1.学习用稳恒电流场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.测绘同心圆电极的电场分布情况实验原理由于带电体的形状比较复杂，其周围静电场的分布情况很难用理论方法进行计算。
同时仪表（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，不可能用实验手段直接测绘真实的静电场。
本实验采用模拟法，通过同心圆电极产生的稳恒电流场模拟同轴柱面带电体形状的带电体产生的静电场。
一、模拟的理论依据为了克服直接测量静电场的困难，可以仿造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。
静电场与稳恒电流场本是两种不同的场，但是两者之间在一定条件下具有相似的空间分布，即两种场遵守的规律在数学形式上相似。
对于静电场，电场强度在无源区域内满足以下积分关系0s d ⋅=⎰ E s 0ld ⋅=⎰ E l 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0sd ⋅=⎰ J s 0ld ⋅=⎰ J l 由此可见，和在各自区域中所遵从的物理规律有同样的数学表达形式。
若稳恒电流场E J 空间均匀充满了电导率为σ的不良导体，不良导体内的电场强度与电流密度矢量之'E J 间遵循欧姆定律： σ'J =E 因而，和在各自的区域中也满足同样的数学规律。
在相同边界条件下，由电动力学E 'E 的理论可以严格证明：具有相同边界条件的相同方程，解的形式也相同。
因此，可以用稳恒电流场来模拟静电场。
二、模拟长同轴圆柱形电缆的静电场利用稳恒电流场与相应的静电场在空间形式上的一致性，只要保证电极形状一定，电极电位不变，空间介质均匀，则在任何一个考察点，均应有“U 稳恒=U 静电”或“E 稳恒=E 静电”。
以下以同轴圆柱形电缆的静电场和相应的模拟场——稳恒电流场来讨论这种等效性。
大学物理实验报告-319-模拟法测绘静电场-样例-V1
大学物理实验报告-319-模拟法测绘静电场-样例-V1模拟法测绘静电场
【实验目的】
1. 了解如何应用模拟法对于静电场的分布进行测绘。
2. 掌握根据电力计的测量结果来评价极化体的特性，并且绘制电场的粒子轨迹的能力。
【实验原理】
静电场是由若干带电粒子所引起的一种特殊现象，它包括分析和测量两个方面。
模拟
法测绘静电场是利用电力计，根据测量结果建立模型，再对模型进行数值积分可以得到极
化体的特性以及电场的粒子轨迹。
【实验步骤】
1．准备实验仪器和耗材：电力计，电荷板，电动机，磁力计，电磁铁，铁磁片，胶水，混合剂，电阻等实验仪器以及耗材。
2．对实验仪器进行检查，准备实验环境：首先调整实验仪器，使它们得到最佳操作；其次，准备适当的实验环境，包括温湿度计等。
3．测量静电场：基于电力计技术，使用电力计测量静电场，并且绘制电场变化曲线。
4．对模型进行数值积分：根据测量结果，建立模型，再对模型进行数值积分，从而
得到电场的粒子轨迹。
【实验结果】
实验表明，模拟法的测绘静电场的操作过程比较复杂，但是可以有效地评价极化体的
特性，并且可以绘制出电场的粒子轨迹。
(综合)静电场的模拟测绘(大学物理实验讲课比赛课件)
静电场的模拟测绘
二、模拟法描绘静电场分布
用稳恒电流场模拟静电场
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 的一种最基础的方法，得到广泛的应用。
物理模拟法
数学模拟法
静电电流场与静电场之间的关系。 2、学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。 3、加深对电场强度和电势概念的理解。
静电场的模拟测绘
一、静电场的性质
2、电场线不构成闭合曲线 。
LE dl 0
环路定理的物理意义在于指出了静电场是有势场，即存在电势这一 重要的标量概念。因而静电场又可以用等势面或等势线来描述。
静电场的模拟测绘
二、用稳恒电流场模拟静电场的依据
稳恒电流场(无源区)
电流密度
SJ dS 0
L
J
dl
0
J E
静电场(无源区)
SE dS 0
E
L
dl
0
D E
电位移
电导率
介电常数
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。
静电场的模拟测绘
三、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介质的电导率，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电极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。
静电场的模拟测绘
一、模拟长同轴电缆中的静电场
大学物理实验答案
大学物理实验答案分享首次分享者：尚水已被分享7次评论(0)复制链接分享转载举报２.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，等势线和电场线的形状是否发生变化？电场强度和电势分布是否发生变化？为什么？如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状没有发生变化，但电场强度增强，电势的分布更为密集。
因为边界条件和导电介质都没有变化，所以电场的空间分布形状就不会变化，等势线和电场线的形状也就不会发生变化，但两电极间的电势差增大，等势线的分布就更为密集，相应的电场强度就会增加。
2．在测绘长直同轴圆柱面的电场时，什么因素会使等势线偏离圆形？测绘长直同轴圆柱面的电场时测到的等势线偏离圆形，可能的原因有：电极形状偏离圆形，导电介质分布不均匀，测量时的偶然误差等等。
实验五 用电流场模拟静电场
实验五 用电流场模拟静电场【实验目的】1．学习用模拟法研究静电场。
2．加深对静电场概念的理解。
【实验仪器】静电场描绘仪、静电场描绘仪电源、游标卡尺、记录纸、导线若干。
【实验原理】在研究静电场时，除了具有一定对称性的规则带电体所形成的场以外，大都不易用理论的方法计算其分布。
即使可以，计算结果与实际场的分布也难以很好相符。
因此，为了较为简捷、准确地获知静电场的分布，在工程上一般采用实验的方法。
但是，在对静电场进行实际测量时，由于所使用的测量仪器上的探针必然是良导体，这样，在将其放入场中探测时，探针上会感生出电荷，这些电荷产生的电场最终使得原静电场的分布改变。
这个困难可以用一种间接的测量方法来解决。
这种方法的特点是：仿造一个与原静电场具有相似分布的场，并且，当用探针测量的时，该电场不受干扰。
因此，通过对这个电场的测量就可以间接获得原静电场的分布。
我们知道，恒定电流场和静电场是两种不同性质的场，它们的区别在于产生电场的电荷运动与否。
虽然产生恒定电流场的电荷 是在连续不断地流动着，但若让其保持动态平衡，它的分布是不随时间变化的。
因而，场中空间各点的电场强度E 和电势U 也不随时间变化，恒定电流场产生的宏观效应与静电场是一样的。
因此，测量恒定电流场的分布就可以模拟出静电场的分布。
本实验用共轴电缆线间的恒定电流场来模拟相应的静电场。
由于该场的轴向分布是完全相同，所以只需模拟与轴相垂直的横截面上的分布即可。
实验中使用中间为圆柱形导体A （半径为r 1）、外部为与A 共轴的圆环B （内半径为r 2）构成上述戴面。
A 和B 是建立恒定电流场所必需的两个电极（见图5-1），它们相当于产生静电场的带有等量异号电荷的两个带电体。
如果在两电极间置于添土碳粉的导电纸，并使其与电极保持良好接触，接通电源后，便会在导电纸上形成恒定电流场。
由图8-1可知，从电极A 通过导电纸流向电极B 的电流强度为：RU I E =（5-1）式中U E 是电源电压，R 为两电极间的等效电阻。
大学物理实验讲义——用稳恒电流场模拟静电场
用稳恒电流场模拟静电场1、知识介绍在科学研究及实际生产中，常常需要确定带电体周围的静电场分布，这些任意形状的带电体在空间的电场分布（即电场强度和电势的分布）比较复杂，一般很难写出它们的数学表达式，理论计算非常困难。
例如在电子管、示波管、电子显微镜以及各种显示器内部电极形状的设计和研究制造中，都需要了解各电极或导体间的电场分布情况，采用数学方法进行计算十分复杂，一般通过实验的手段来确定。
但直接对静电场进行测量也是相当困难，对于静电场，测量仪器只能采用静电式仪表，而实验中一般采用磁电式仪表，有电流才有反应。
静电场中无电流，磁电式仪表不会起作用，且一旦将仪器放入静电场中，探针上会产生感应电荷。
这些电荷所产生的电场将叠加到原来的待测静电场中，即测量仪器的介入会导致原静电场分布发生畸变。
为避免数学方法的复杂性以及直接测量的不现实性，实验中采取模拟法测绘静电场。
模拟法就是采用一个与待测对象有相似的数学形式或物理规律的模型或装置来代替实际的待测对象，且该模型或装置在实验室条件下较容易实现。
相似模型中各个变量与原型中相应变量有相似关系，既包括几何形状相似，也包括质量、时间、力、温度、电流、电场等的相似。
图7-1 垂直风洞模拟空中跳伞图7-2 汽车模拟风洞实验模拟法一般分为物理模拟和数学模拟两大类。
物理模拟具有生动形象的直观性，并可使观察的现象反复出现，尤其是对于那些难以用数学表达式准确描述的对象进行研究时，常常采用物理模拟方法。
数学模拟是指模型和原型遵循相同的数学规律，满足相似的数学方程和边界条件。
本实验模拟构造了一个与原静电场完全一样的稳恒电流场，当用探针去测模拟场时，原场不受干扰，因此可间接地测出模拟场中各点的电势，连接各等电势的点作出等势线。
根据电场线与等势线的垂直关系，描绘出电场线，这样就可以由等势线的间距确定电场线的疏密和指向，即可形象地了解电场情况。
理论和实验都能证明，只要电极的形状和大小，相对位置和边界条件一致，这两个场的分布应该是一样的。
用模拟法测绘静电场实验实训报告! .doc
用模拟法测绘静电场实验实训报告! .doc 静电场实验实训报告
一、实践准备
1、实验仪器：
实验仪器包括了静电放电装置、计量仪器（电表、电源表等）等。
2、实验原理：
该实验研究了静电场的特性，它可以通过模拟方法来测量静电场的值。
此方法通过用一个足够大的容器来模拟静电场。
将静电场密度进行测量，并通过实验及测量值来推断静电场的特性。
二、实验流程
1、构建实验装置：
首先，将装置的各部分拼装好，例如放电装置，计量仪器等。
2、调试实验装置：
检查各部分的连接情况和电流情况，调节相应的参数，使装置运行正常。
3、实验测量：
在实验装置的操控下，对静电场进行测量，得出参数。
4、分析结果：
将测得的静电场参数进行综合分析，得出结论。
三、实验结果
本次实验通过模拟法测量静电场，测量结果如下：
单位：千伏每米
表1 静电场测量结果
测量点电场强度
A 3.18
B 3.02
C 3.07
D 3.45
E 3.76
F 3.51
四、结论
本次实验通过模拟法测量了物体上表面以及物体内部的静电场。
通过测量，我们可以确定静电场特性。
本实验中通过测量计算得出，物体表面的静电场强度范围为3.02-3.76千伏每米，物体内部最大静电场强度（位置D）为3.45千伏每米。
大学物理实验教案(用模拟法描绘静电场)
大学物理实验教案实验项目用模拟法描绘静电场教学目的1. 学习用模拟法描绘静电场的原理和方法。
2. 加深对电场强度和电场线、电位等概念的理解。
3. 描绘同轴圆柱形电缆横截面的电场分布情况。
实验原理模拟法要求不同的两种场遵循的物理规律形式应是相似的。
这样，利用其相似性，可以对容易测量的场进行研究代替对不易测量的场的研究。
由于稳恒电流的电场与电介质(或真空)中的静电场之间具有相似性，因此，欲测绘静电场，只要测绘相应的稳恒电流的电场就行了。
与电介质(或真空)相对应，稳恒电流电场中的导电物质应是不良导体。
本实验通过用导电玻璃为导电质的稳恒电流场的研究来了解电介质中静电场的情况。
同轴电缆如图1所示，内筒外半径为a、外筒内半径为b，设外筒和内筒单位长度带电量为-τ和+τ，电位分别为V b和V a，则两筒之间r处的电场强度为2Erτπε=。
图1两筒之间的电位差为00ln22b ba ba abV V Edr drr aττπεπε-===⎰⎰。
若外筒接地，V b=0，则ln2abVaτπε=(1) 两筒之间任一点离轴心为r处的电位V r为ln2ra rarV V Edraτπε-==⎰(2)即000ln(ln ln)ln222r ar b r bV Va a a rτττπεπεπε=-=-=(3)将(3)式除以(1)式得lnln r a bV r b V a = (4) (4)式为两筒间的电位分布。
若用导电玻璃和电极模拟同轴电缆横截面的电场，其电路如图2所示。
图2lnln (1)/ln ln r a a a r b V a r V V b b V a a =-= (5) (5)式和(4)式相同，这就说明了可以用直流电场来模拟静电场，其电位分布是相同的。
同时由(5)式可以看出，由于V a 、a 、b 都是常数，所以V r 是r 的函数，即等电位线都是同心圆。
教学重点与难点 重点：用稳恒电流场模拟静电场的物理思想及其模拟条件。
大学物理实验模拟静电场实验报告
大学物理实验模拟静电场实验报告一、实验目的1、学习用模拟法测绘静电场的分布。
2、加深对静电场概念和电场强度、电势等物理量的理解。
二、实验原理1、静电场的描述静电场是由静止电荷所产生的一种特殊物质形态，其基本特征是对放入其中的电荷有力的作用。
电场强度E 是描述电场力性质的物理量，定义为单位正电荷在电场中所受的力；电势 V 是描述电场能性质的物理量，某点的电势等于单位正电荷从该点移至电势零点时电场力所做的功。
2、模拟法测绘静电场直接测量静电场的分布是很困难的，因为静电场中没有电流，一般的磁电式仪表不起作用，而且测量探头的引入会导致原静电场的分布发生改变。
模拟法是在一定条件下，用一种易于实现、便于测量的物理场来模拟另一种不易测量的物理场。
本实验用稳恒电流场来模拟静电场。
对于静电场，其场强分布满足高斯定理和环路定理。
对于稳恒电流场，其电流分布也满足类似的规律。
在两种场中，若电极的形状、相对位置和电导率分布相同，且边界条件一致，则它们的场分布相同。
3、同轴圆柱面间静电场的分布设圆柱形电极 A 的半径为 ra，电位为 Va，圆柱形电极 B 的半径为rb（rb ＞ ra），电位为 Vb（通常接地，Vb ＝ 0），则在两电极间的空间，电场中距离轴线为 r 处的电势为：＼ V ＝ V_a ＼frac{＼ln(r ／ r_a)｝｛＼ln(r_b ／ r_a)｝＼电场强度为：＼ E ＝＼frac{dV}｛dr} ＝＼frac{V_a}｛r ＼ln(r_b ／ r_a)｝＼三、实验仪器静电场描绘仪、直流稳压电源、电压表、坐标纸、导电纸、探针等。
四、实验内容及步骤1、连接电路将静电场描绘仪与直流稳压电源连接好，确保电路连接正确无误。
2、安放电极将圆柱形电极 A 和 B 安放在静电场描绘仪的相应位置上。
3、铺设导电纸在电极上铺上导电纸，使其与电极良好接触。
4、测量电势用探针在导电纸上选取若干个点，测量这些点的电势，并记录下来。
模拟静电场实验报告
模拟静电场实验报告引言静电场是物理学中的一个重要概念，对于我们理解电荷和电场之间的相互作用具有极大的意义。
在本次实验中，我们通过模拟实验的方式探索静电场的基本性质，并结合实验结果进行进一步分析和讨论。
实验目的本次实验的目的是通过模拟静电场的形成和性质，深入理解电荷之间相互作用的规律，并通过实验数据进行分析和验证。
实验材料和方法材料：1. 高质量导体球体2. 塑料杯3. 塑料把手4. 电子天平5. 实验台方法：1. 将导体球体放在实验台上，并用电子天平测量其质量。
2. 将塑料把手插入塑料杯底部，并将杯子放在实验台上。
3. 将导体球体移近塑料杯，观察球体的运动情况。
4. 重复实验，记录不同条件下球体运动的变化。
实验结果在实验过程中，我们观察到以下现象：1. 当导体球靠近塑料杯时，球体受到塑料杯的吸引，向塑料杯移动。
2. 当导体球接触到塑料杯后，球体和杯子之间发生静电作用，导致球体停止运动。
3. 当导体球与塑料杯分离时，球体被远离塑料杯的力推离。
讨论和分析根据实验结果，我们可以得出以下结论和讨论：1. 静电力的存在：导体球与塑料杯之间的运动变化表明存在着静电力的作用。
静电力是由不同电荷之间产生的相互作用所引起的，其中正电荷和负电荷之间会相互吸引，同种电荷之间会相互排斥。
2. 静电场的形成：当导体球靠近塑料杯时，由于球和杯之间的接触，电荷会从球转移到杯子上，导致电荷分布不均，形成静电场。
静电场是由电荷分布所产生的一种力场，在空间中具有方向和强度。
3. 静电场的效应：我们观察到当导体球接触到塑料杯后，球体停止运动。
这是由于静电场的存在，在球体和杯子之间形成了静电力的平衡，阻止了球体继续运动。
当球和杯分离时，静电力的平衡被打破，导致球体被远离杯子的力所推动。
结论通过对模拟静电场的实验，我们在实验过程中观察到了静电力的作用，以及静电场形成和效应的相关现象。
这些实验结果加深了我们对静电场基本性质的理解，并为我们进一步研究电荷和电场之间的相互作用提供了实验基础。
大学物理实验—模拟静电场
大学物理实验—模拟静电场【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 U E -∇= 便可求出E 的大小和方向，整个电场就算确定了。
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) 稳恒电流场(无电流区)⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⋅==⋅=⋅=⎰⎰⎰b aab l d E U 0l d E 0S d D E D ε ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⋅==⋅=⋅=⎰⎰⎰b a ab l d E U 0l d E 0S d j E jσ4、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rE 02πετ=A 、B 两电极间任一半径为r 的柱面的电势为ab r bV VAln ln=（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V A ）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。
模拟静电场预习实验报告
一、实验目的1. 了解模拟静电场实验的原理和方法。
2. 掌握模拟静电场实验的基本操作步骤。
3. 加深对静电场概念、电场强度和电势的理解。
二、实验原理静电场是由电荷分布决定的，其基本特性是电场强度和电势。
在实验中，我们采用模拟静电场的方法来研究静电场的分布情况。
模拟静电场实验原理如下：1. 静电场是由静止电荷产生的，其基本特性是电场强度和电势。
电场强度E是一个矢量，表示单位正电荷所受的电场力；电势V是一个标量，表示单位正电荷在电场中移动时所做的功。
2. 在实验中，我们采用恒定电流场来模拟静电场。
恒定电流场是由恒定电流产生的电场，其电场强度和电势与静电场相似。
3. 通过模拟静电场实验，我们可以描绘出静电场的等位面和电力线，从而直观地了解静电场的分布情况。
三、实验仪器1. 双层静电场测试仪2. 模拟装置（同轴电缆和电子枪聚焦电极）3. JDY型静电场描绘电源4. 白纸5. 铅笔6. 直尺四、实验步骤1. 将双层静电场测试仪、模拟装置和JDY型静电场描绘电源连接好。
2. 将模拟装置放置在实验台上，调整好电极间距。
3. 在白纸上画出电极的轮廓，并标注电极的位置。
4. 打开JDY型静电场描绘电源，调节电压为10伏。
5. 在八条线的其中六条线上分别描绘电压为1.00V、2.00V、3.00V、4.00V、5.00V、6.00V的点。
6. 记录数据。
7. 根据记录的数据，描绘出静电场的等位面和电力线。
8. 分析实验结果，总结实验现象。
五、注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免触电。
2. 调节电压时，要缓慢进行，以免损坏仪器。
3. 绘制等位面和电力线时，要保持线条的清晰和美观。
4. 实验结束后，将仪器恢复原位，清理实验台。
六、预期结果通过本次实验，我们预期能够描绘出静电场的等位面和电力线，直观地了解静电场的分布情况。
同时，加深对静电场概念、电场强度和电势的理解。
七、实验报告1. 实验目的了解模拟静电场实验的原理和方法，掌握模拟静电场实验的基本操作步骤，加深对静电场概念、电场强度和电势的理解。
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模拟静电场
【实验目的】
1.学习模拟实验方法及用电压表与检流计测绘等势线。
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.测绘同轴圆电缆及平行导线的等势线和电力线。
【实验原理】
1.为何用模拟法测绘
了解带电体周围的电场分布情况对研究电子束及其它带电粒子在电场中的运动是必须的。
计算经典电场分布通常是很困难的。
大多数情况下只有数值近似解，而用实验方法来测绘电场分布情况比较容易。
然而直接测量静电场也存在很大困难。
通常保持一个恒定的静电场本身就比较困难。
再者，由于测量探针的引入会因静电感应而改变原被测电场。
因此，在实验中通常用稳恒电流产生的电场来模拟静电场，其理由是
（1）稳恒电源可建立稳定的电场
（2）探针的引入不会改变原来的电场分布
（3）稳恒电流的电场分布和静电场分布完全一样。
2.稳恒电流电场与相应电场的等效性
我们在实验中用同轴圆电缆的电场分布来模拟圆筒状电容器的电场分布，而用平行直导线的电场分布来模拟二个带异种电荷的点电荷的电场分布。
我们首先要证明这两种电场分布的等效性。
导体A与B的圆柱，分别带等量异种电荷。
A、B间为真空时 r处的电场强度为:
距中心 r处的电势为：
如果A、B之间充满一种电阻为R的导体，A、B分别与电池正负极相连接。
r处的电场强度为:
距中心 r处的电势为：
3.实验方法：
测量电势比较方便。
所以先测绘等势线。
这里使用两种测量等势线的方法：一是电压表方法，它可以直接测出导电纸上某一点的电势（即与另一参考点的电势差），其优点在于方便、直观，并且所测电势可连续变化。
第二种方法是检流计法。
它的优点在于测量精度较高。
【实验仪器】
静电场等位仪, 电阻箱
,
电流计, 电极1, 电极2, 接线
, ,
,
【实验步骤】
1．用检流计法测绘同轴圆电缆中的等势线
a. 等位仪开关打“1”（电流档），并在一白纸上画上“米”字格
b. 将等位仪上的分压器置于2V，移动测笔C
c. 若此时通过检流计的电流为零，那么测笔C点的电势就与分压器上的
标示值相同，为2V。
d. 用这种方法在"米"字格上找出"8"点2V点
e.再依次将分压器置于4V，6V，8V。
用同样的方法在"米"字格上移动测笔，
使检流计中电流为零，从而找出4V，6V，8V的等势点（每个等势值找8个等势点）。
2.用电压表法测绘平行直导线的等势线
a. 等位仪开关打到“2”（电压档）
b. 移动测笔,此时等位仪上电压表电压读数既为该点的电压值
c. 根据电压表的示值，依次找出5V，4V，6V，3V，7V，2V和8V的等势点
（每种电势找8个点）
【数据记录】
1．同轴电缆的等势线与电力线测绘
2.平行直导线等势线描绘
【预习思考题】
1. 为什么采用稳恒电流场模拟静电场？
2. 等势线与电力线间关系如何？绘制电力线时应注意什么？
3. 由公式求出u r=2.
4.6.8伏的等势圆半径r
(a=10.0mm,b=49.5mm,u a=10.0v)
4.本实验用哪两种方法测等势电压？试比较其优缺点
【复习思考题】
1．电源电压增加，等位线、电力形状是否变化？
2．从实验结果，是否能说明电极和导电纸间接触是否良好？如果某些地方接触不良，会出现什么现象？
3．从实验的结果能否说明导电纸各处电导率是否均匀？如果某处电导率高，将出现什么？试用图定性地描绘。
4．在实验中，如果把二个电极的电源极性互换，其结果是否影响等势线与电力线的形状？
,。