静电场的描绘实验PPT
《静电场描绘》课件
这份课件将引导你进入静电场的神奇世界，了解它的概念、性质及应用。
静电场是什么
1
概念
静电场是由静电荷产生的场。电荷静止时，与其相连的场为静电场。
2
特性
无限延伸，无法屏蔽、开路、短路；遵从叠加原理，表现为电场强度。
3
产生方法
摩擦、感应和电离等方式
极性
正负电荷
正电荷：缺少电子，带正电；负电荷：多余电子，带负电。
计算方法
静电能=电荷大小x电势差
应用
电荷分布
静电场可用于描述物体表面的电 荷分布，如雷云、电极板等。
电场传输
静电场应用于电力传输，如变电 站、输电线路等。
电力工程
静电场在电力工程中广泛应用， 如静电除尘、医用电刀等。
总结
1 重要性
静电场作为一个绝缘场， 控制着我们周围的保护和 控制功能，具有重要的科 学和应用价值。
2 应用前景
3 学习意义
随着科学技术的发展，静 电场的应用会越来越广泛， 我们还有很多需要探索和 发现的地方。
通过学习静电场，我们不 仅可以了解到人类文明的 进步历程和成就，而且也 能激发我们的好奇心和创 造性思维。
电势
1
定义Biblioteka 电势是在静电场中，在某一点为将单位
电势差
2
正电荷由无穷远处带到该点所需的功。
两点间电势的差值，等于在两点间将单
位正电荷带上电场内升高的电势能。
3
测量方法
使用电量计沿着电场线或等势线带点测 量电势差。
静电能
定义
当电荷从无穷远处移到静电 场中某一位置时所具有的能 量。
与电势差的关系
静电能等于两点间电势差乘 以电荷值。
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ppt课件
电场线始于正电荷，终止于负电荷，不闭合也不 相交。
应用
通过电场线的分布可以直观地了解电场的强弱和 方向，有助于解决实际问题。
04
静电场的物理效应
电场对带电粒子的作用
静电场对带电粒子产生力作用，使带电粒子在电场中受到电场力。 电场力对带电粒子产生加速度，使带电粒子在电场中运动。
带电粒子在电场中运动时，会受到电场力做功，从而改变带电粒子的动能和势能。
静电除尘广泛应用于工业和环保领域，如燃煤电厂、垃圾焚烧厂等。
静电复印
静电复印
利用静电场将墨粉或色粉吸附在纸张上，通过显影、转印、定影等 过程形成图像或文字。
原理
通过充电辊给纸张施加电荷，然后通过墨粉盒施加带相反电荷的墨 粉，在电场力的作用下墨粉被吸附在纸张上形成图像。
应用
静电复印广泛应用于办公、印刷等领域。
电场强度
电场中某点的电场强度， 等于单位正电荷在该点所 受的电场力。
静电场的性质
方向性
电场线有方向，电场强度 的方向与电场线垂直，并 指向负电荷。
矢量性
电场强度是矢量，具有大 小和方向。
独立性
电场中某点的电场Байду номын сангаас度由 该点附近的电荷独立决定。
静电场的分类
按源分
按边界条件分
静电场可分为孤立导体静电力产生的 静电场和电荷分布产生的静电场。
静电喷涂
静电喷涂
01
利用静电场将涂料微粒吸附在工件表面，通过热固化或交联固
化等过程形成涂层。
原理
02
工件接地后与喷枪电极之间形成高压电场，涂料微粒在电场力
的作用下被吸附在工件表面。
应用
03
静电喷涂广泛应用于汽车、家具、机械等领域，具有涂层均匀、
第七章-静电场PPT课件
有一半径为 R ,电荷均匀分布的薄圆盘,其电荷面
密度为 . 求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点
处的电场强度. 解 由例3
y dq2πrdr
qx
E4π0(x2R2)32
dEx
dqx
4π0(x2r2)32
r (x2 R2)1/2
o
R
x
P
dEx
z dr qπR02
2021/7/24 28
7-1 静电场的描述
q1q2 r2
er
2021/7/24 9
7-1 静电场的描述
库仑力的叠加
q1
r1
q
q2
r2 rn
Fn
F2
F1
qn 由力的叠加原理得 q 所受合力:
2021/7/24 F F 1F 2F 3F n4π 10i n1q rii2 qe ri 10
7-1 静电场的描述
羊之间的战争：
开篇问题
电荷与电荷之间的作用力怎么实现？
Q
dE
P
dq
E dEdE
2021/7/24 16
7-1 静电场的描述
3、 解题思路及应 体 、面 和 线；
求电荷元电量：体dq= dV, 面dq= dS, 线dq= dl；
（3）确定电荷元的场
dE
1
40
dq r2 er
（4）求场强分量Ex、Ey
q
O
q
x
l0
电偶极子轴线中垂线上，电场强度与电偶极矩成
正20比21/7，/24 大小与场点到O点距离三次方成反比。 20
7-1 静电场的描述
例题2 均匀带电直线，长为 2l ，带电量 q ,求中垂线
上一点的电场强度。
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
第12章静电场PPT课件
4.电荷的相对论不变性
实验证实，一个电荷的带电量与它的运动状 态无关。即：在不同的参考系内观察，同一带电 粒子的电量不变，这一性质叫电荷的相对论不变 性。
12.2 库仑定律与叠加原理
F G m1m2
r2
F k q1q2
有理化：
r2
G 6.× 6 1-7 1 01 (N m 2/k2)g
K8.9 × 18 90 (8 N m 2/C 2)
y
dE dQ
4 r2 0
dy 4 0 r 2
现代物理研究表明，在粒子的相互作用过程中， 电荷是可以产生和消灭的。然而，电荷守恒定律并未 遭到破坏。例如，一个高能光子与一个重原子核作用 时，该光子可以产生一个正电子和一个负电子，称为 电子对的产生，而一个正电子和一个负电子在一定条 件下相遇，又会同时消失而产生两个或三个光子，称 为电子对的湮灭。在已观察到的各种过程中，正负电 子总是成对产生或成对消失。
试验电荷受到源电荷的作用力与试验电荷电量的比
值F/q0 则与试验电荷无关，反映了电场本身的性质，用
这个物理量作为描写电场的场量，称为电场强度。
E
F
单位：N.C-1 或 V.m-1
q0
电场中某点的电场强度在数值上等于位于该点的单
位正试验电荷所受的电场力。
电场强度是电场的属性，与试验电荷的存在与否无
1 qq
F
r 1 2
4 r2 0
8 .8 1 5 1( 2 0 2 / C N m 2 )
0
0
矢量化：
F
1
40
q1q2 r2
r0
真空中的介电常数 (真空中的电容率)
电介质中的库仑定律：
1
F40r
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。
大学物理实验静电场描绘实验
静电场描绘对于在静电荷附近存在的静电场，既可用空间各点的电场强度和电势来描述，也可通过电力线和等势面来形象地表示其空间分布。
在静电喷涂、静电喷雾、静电纺丝等工艺，以及各种电子管、示波器、电子枪等电子束器件的研究过程中，都需要了解各电极或带电体之间的电场分布。
静电体系所产生的静电场一般比较复杂，难以得到其电场强度和电势分布的解析表达式，因此常借助实验方法来测定。
如果直接将测试仪表置于静电场进行测量，受静电场的作用，将会形成感应电荷或束缚电荷，从而对原静电场产生一定的干扰。
考虑到稳恒电流场和静电场分布相似，因此在边界条件相同的情况下，可利用稳恒电流场对静电场进行模拟，得到其电场分布。
一、实验目的1. 掌握利用稳恒电流场对静电场进行模拟的适用条件；2. 对于给定的带电电极，描绘出其电场分布；3. 理解电场强度、电势、电力线、等势线的概念和相互关系。
二、实验仪器静电场描绘仪（附带导电微晶、双层固定支架、同步探针）、橡胶磁条、记录纸（A4打印纸）、卷尺。
三、实验原理由唯一性定理可知，满足相同微分方程的两个电场，若具有相同的边界条件，则这电场分布完全相同，从而可相互替代。
电场与稳恒电流场在一定条件下具有相似的空间分布，即两种电场遵守的规律在形式上相似。
对应的电场强度E U =-∇，U 为电势，并满足高斯定理。
对静电场，在无源区域内，电场强度E 满足0=⋅⎰⎰s d E 和0=⋅⎰⎰l d E ，其中s 和l分别对应闭合曲面和曲线。
对于稳恒电流场，电流密度J 在无源区域内也满足类似的积分关系0=⋅⎰⎰s d J 和0=⋅⎰⎰l d J 。
由此可见，电场强度E 和电流密度J 在各自区域中满足类似的数学规律。
若稳恒电流场空间内均匀充满了电导率为σ的不良导体，则不良导体内的电场强度E 与电流密度J 之间满足欧姆定律J E σ=。
因此，E 和E 在各自区域内也具有类似的数学规律。
可见，静电场和稳恒电流场的电流密度、等势线具有相似性，见表1，因此可以用稳恒电流场来模拟静电场，只要测出稳恒电流场的电场分布，就得到静电场的电场分布。
实验静电场ppt课件
10
６.取下记录纸，用光滑曲线描出各等势线，并根据 电场线和等势线的正交关系画出模拟的电场线。 ７.根据各等位线位置，量得同心圆各等位线到中 心的距离，即各等位线的半径为r，求出理论值， 并与实验值比较，计算相对误差，填入记录表中。
11
五、记录并数据处理 U U理论 100%
U理论 U0 =_10.0_(V) Ra =_____(cm) Rb =______(cm)
U(V) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 r(cm) lnR2/r U理论 相对误差
12
六、问题与思考
１.等势线的疏密程度反映了什么? 等势线与电场有何关系
一、实验名称
模拟静电场的描述
二、实验目的
１.学习用模拟法研究电场的分布规律 ２.加深对电场强度和电势概念的理解
1
二、实验原理
因为稳恒电流场与静电场的电场分布相 同，因此我们用稳恒电形成的场来模拟 静电场。
以长同 轴电缆 为例：
2
静电场中的电势:
V (r) V0 ln Rb ln Rb / Ra r
6
1.底座 2.接线柱 3.探针臂 4.上探针 5.下探针
7
若将２的转换开关拨向“ 内测”，此时电源
可作常规电源使用。若将转换开关拨向“ 外
测”，此时电压表指示的读数是下探针所测
得的水槽中某点的电位值。
５
６
１接线端
２转换开关
３保险丝
４电源开关
５读数窗口
１
２３
４
６调节电压旋钮
静电场PPT课件(5份) 人教课标版
做题长见识 在研究微观粒子时常用电子伏特（ev）做能量 的单位。1eV等于一个电子经过1V电压加速后 所增加的动能。请推导电子伏特与焦耳的换算 关系。 能量还有一个单位：eV 1eV=1.6×10-19J方向 位移方向 做功正负 电势能大小
根据电荷正负
M
+ + + + + -
N-
例题
在电场中把2.0×10－9C正电荷从A点移到B点，静 电力做功1.5×10－7J。再把这个电荷从B点移到C点， 克服静电力做功4.0×10－7J。 ⑴A、B、C三点中哪点电势最高？哪点电势最低？ ⑵A、B间，B、C间的电势差各是多大？ ⑶根据以上所得结果，定性地画出电场分布的示意 图，标出A、B、C三点可能的位置。 ⑷把－1.5×10－9C的电荷从A点移到C点，静电力 做多少功？
注意下标，正负含义
W U q AB AB
正负代入运算， 注意正负的含义
例题 如图所示，如果B板接地（取大地的电势为0， 则与大地相连的导体电势也为0）则A点电势为 8V, M点电势为6V ，N点电势为2V，M、N两点 间电势差为多少？ 如果改为A板接地，B板电势多大？M、N两点 电势各多大？M、N两点间电势差多大？
§1.5
电势差
小试身手 某电场的等势面如图所示,试画出电场线的大 致分布. ◆若以C点为零电势点,则 A点的电势为多少?D点 的电势为多少?A、D两 点的电势相差多少？ D ◆若以B点为零电势点，则 A点的电势为多少?D点 的电势为多少?A、D两 点的电势相差多少？
新概念
一、电势差 1、定义：电场中两点间电势的差值，也叫电压 2、表示式： U AB A B 3、与试探电荷，电势零点的选择无关 3、正负表示相应两点电势的高低 4、电场力做功与初末位置的电势差有关。 判断电场中两点电势高低的第三 种方法，请回忆其余两种
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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)
Ur（V）
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
等势线直径d（mm）
r平均
r理论
（mm） （mm）
P
生成具有典型且简洁的静电场 ☞测绘该静电场的等势线 ☞依据电场线与等势线正交原理绘出电场线 ☞由等势线的间距确定电场线的疏密和指向
实验原理
问题： 1.为什么先测等势线，再描绘电场线？ 2.是否能够直接描绘出静电场的分布呢？
模拟法要求两种状态和过程中有两组意义对应的物理量， 并且满足相同形式的数学规律。
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电流场
电势特征
r
ln
Ur UA
b a
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？
实验内容
☞描绘长直平行圆柱间的静电场 注意观察“同性相吸”
☞描绘尖端电极的静电场 注意观察“尖端放电”
☞描绘聚集电极间的静电场 注意观察“边缘效应”
实验拓展
静电复印
静电除尘
静电纺丝 高分子流体静电雾化
静电场
实验内容
实验条件：UA=10.00V，测量工具：游标卡尺
内电极外直径2a（mm） 外电极内直径2b（mm）