用模拟法测绘静电场

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用模拟法测绘静电场实验报告

一、实验目的1. 理解模拟实验法的适用条件。

2. 掌握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位概念的理解。

4. 通过实验，提高实验操作技能和数据分析能力。

二、实验原理静电场是由静止电荷产生的电场，其电场强度E与电荷量Q和距离r的关系为E=kQ/r^2，其中k为库仑常数。

静电场的电位U与电荷量Q和距离r的关系为U=kQ/r。

由于静电场中的电荷不运动，因此静电场是稳恒的。

在实验中，由于静电场中电荷不运动，直接测量静电场的电场强度和电位比较困难。

因此，我们采用模拟法，利用稳恒电流场来模拟静电场，从而间接测量静电场的分布。

稳恒电流场中，电流密度J与电场强度E的关系为J=σE，其中σ为电导率。

稳恒电流场的电位U与电流密度J和距离r的关系为U=-∫J·dr。

在模拟实验中，我们通过改变电流强度，调整模拟装置，使得模拟电流场的分布与静电场相似，从而间接测量静电场的分布。

三、实验仪器1. 模拟装置：同轴电缆和电子枪聚焦电极。

2. 静电场描绘仪。

3. 静电场描绘仪信号源。

4. 导线。

5. 数字电压表。

6. 电极。

7. 同步探针。

8. 坐标纸。

四、实验步骤1. 将同轴电缆的一端与静电场描绘仪连接，另一端与电子枪聚焦电极连接。

2. 调节静电场描绘仪信号源，输出一定电压。

3. 将电子枪聚焦电极放置在坐标纸上，调节电子枪的聚焦，使得电子束在坐标纸上形成一个清晰的光点。

4. 移动电子枪聚焦电极，在坐标纸上描绘出模拟电流场的等位线。

5. 根据等位线的分布，分析模拟电流场的电场强度和电位分布。

6. 通过比较模拟电流场和静电场的相似性，间接测量静电场的分布。

五、实验结果与分析1. 通过实验，我们成功描绘出模拟电流场的等位线，等位线呈同心圆分布，符合稳恒电流场的特性。

2. 通过分析等位线的分布，我们得出模拟电流场的电场强度和电位分布，与静电场的理论分布相似。

3. 实验结果表明，模拟法可以有效地测绘静电场的分布，为静电场的研究提供了方便。

用模拟法测绘静电场实验报告!!

（4）将交流毫伏表与下探针连接。移动探针，在A电极附近找出电势为10V的点，用上探针在坐标纸上扎孔为记。同理再在A周围找出电势为10V的等势点7个，扎孔为记。
（5）移动探针，在A电极周围找出电势分别为8V，6V，4V，2V的各8个等势点（圆越大，应多找几点），方法如步骤（4）。
（6）分别用8个等势点连成等势线（应是圆），确定圆心O的位置。量出各条等势线的
（2）接好电路。
（3）接通电源，开关指向“电压输出”位置。调节使AB两电极间的电压为交流10V，保持不变。
（4）移动探针，在A电极附近找出电势为10V的点，用上探针在坐标纸上扎孔为记。同理再在A周围找出电势为10V的等势点8--10个。
（5）移动探针，在A电极周围找出电势分别为9V，7V，5V，3V,1V的各8-10个等势点（圆越大，应多找几点）。
（6）分别把等势点连成等势线，确定圆心O的位置。定量计算无限长同轴圆柱间的电势分布：
（1）--- (5)同1中的。
（6）量出各条等势线的坐标r，并分别求其平均值。
（7）用游标卡尺分别测出电极A和B的直径2a和2b。
3
数据记录与处理：
（最小二乘法）
：
篇三：用模拟法测绘静电场实验报告!!
用<模拟法测绘静电场>实验报告
步骤同上
[数据记录]
模拟电场分布测试数据
V理(V) r(cm) V理
10.0？？
8.0 1．1 8．17 2．1%
6.0 1．50 6.31 4．9%
4.0 2．15 4.14 3．4%
3.0 2.55 3．12 3．8%
2.0？？？
1.0 3．58 1.07 6．5%
V实?V理
V理

模拟法测静电场

实验原理 --- 静电场与稳恒电流场的相似
性

S
j ds 0

l
E dl 0

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j dl 0
j 1

E
实验原理---同轴电缆的静电场
rb ln Ur U0 r rb ln ra
U0 1 dU r Er rb r dr ln ra
实验原理---无限长平行导线的静电场分布
模拟法测绘静电场
实验目的
1．学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。
（1）用模拟法描绘无限长同轴电缆的静电场（2）用模拟法描绘无限长平行导线的静电场
2．加深对电场强度和电位概念的理解。
为何采用模拟法测绘静电场？
测量静电场磁电式仪表不起作用；探针引入电场中产生感应电荷，会改变原场分布。直接测量静电场中各点电势难度大；
+
带箭头的线为电力线，虚线为等位线，两者互相垂直。
实验仪器
校准和测量转换开关
电源
静电场描绘仪
实验内容及要求
1.定量描绘同轴电缆的场分布（极坐标纸）将电源电压调到10v，要求测出2v、3v、4v、 5v、6v五条等势线各五个点，画出等势线和电场线。将测量值与电场分布理论值比较，做出误差分析。
实验原理---模拟法
用稳恒电流场模拟静电场的条件: (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是不良导体且电导率分布均匀，并满足：电极电介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电极系统的边界条件相同。具体数据处理参照教表4-10实验内容及要求

用模拟法测绘静电场实验报告!!

用模拟法测绘静电场实验报告!!实验目的：通过模拟法来测绘静电场，了解静电场的分布和特性。

实验器材：1.塑料平板2.金属导体棒3.高电压发生器4.静电计5.金属探针6.细线7.防静电工作台实验原理：静电场是由电荷所引起的一种特殊的电磁场。

静电场的具体分布和特性与电荷的分布以及周围环境有关，可以通过模拟法来测绘。

实验步骤：1.将塑料平板放在防静电工作台上，确保其为绝缘状态。

2.在塑料平板的中央附近带电，可以使用高电压发生器对金属导体棒进行充电，也可以通过摩擦等方法带电。

3.使用静电计探测不同位置上的电势差，从而测定静电场的大小和分布。

4.将金属探针插入不同位置，并使用静电计记录下对应的电势值。

5.使用细线连接不同位置上的等势线，从而绘制出静电场的等势线图。

6.根据等势线的密度和间距，可以推测出电场线的密度和方向。

7.测量不同位置上的电场强度，可以使用静电计或引导线和微电流计的组合来测定。

8.使用测量得到的数据，计算静电场的强度和方向，进一步分析和讨论实验结果。

实验结果与分析：通过模拟法测绘静电场的过程中，我们得到了静电场的等势线图和电场强度的分布。

根据等势线的间距和方向，可以推测出电场线的密度和方向，从而了解静电场的分布特点。

通过测量电场强度，我们可以计算出静电场的强度和方向，进一步分析和讨论实验结果。

实验中可能存在的误差源：1.实验环境的干扰：静电场很容易受到外界环境的影响，如空气中的湿度、温度等因素，可能会对实验结果产生一定的误差。

2.仪器误差：使用的静电计和微电流计等仪器本身存在一定的测量误差，需要在实验中进行校准和减小误差。

3.实验操作的影响：实验者在实验过程中的操作技巧和经验水平也可能会对实验结果产生影响，需要仔细操作和加强实验技能。

改进措施和建议：1.控制实验环境：在实验过程中，可以采取措施减小外界环境因素的干扰，如保持实验室的温湿度稳定、使用防静电设备等。

2.提高仪器精度：使用高精度、精确校准的仪器来进行测量，减小仪器本身带来的误差。

模拟法测绘静电场实验报告

模拟法测绘静电场实验报告实验目的，通过模拟法测绘静电场，探究不同电荷分布形式下的电场强度分布规律。

实验仪器，静电场模拟仪、电荷计、导线、电荷点源等。

实验原理，静电场是由电荷产生的，其电场强度与电荷量、距离等因素有关。

在模拟法测绘静电场实验中，我们可以利用静电场模拟仪产生不同形式的电场，并通过电荷计测量不同位置的电场强度，从而得到电场分布的规律。

实验步骤：1. 准备工作，将静电场模拟仪连接电源并调整至合适的工作状态，准备好电荷计和导线等实验仪器。

2. 单电荷点源的电场分布测量，将电荷点源放置在模拟仪的中心位置，利用电荷计在不同位置测量电场强度，并记录数据。

3. 双电荷点源的电场分布测量，在模拟仪上设置两个电荷点源，分别为正电荷和负电荷，测量其电场强度分布，并记录数据。

4. 条形导体的电场分布测量，利用导线在模拟仪上形成条形导体，测量其不同位置的电场强度，并记录数据。

实验结果与分析：通过实验测量得到的数据，我们可以绘制出不同电荷分布形式下的电场强度分布图。

在单电荷点源的情况下，电场强度随着距离的增加呈现出倒数关系，即电场强度与距离的平方成反比。

而在双电荷点源的情况下，正负电荷之间形成的电场强度分布呈现出特定的规律，表现为电场线从正电荷指向负电荷，且电场强度随着距离的增加而减小。

在条形导体的情况下，电场强度在导体表面呈现出最大值，在内部为零。

结论：通过模拟法测绘静电场实验，我们得到了不同电荷分布形式下的电场强度分布规律。

在实验过程中，我们也发现了静电场的一些特性，如电场强度与距离的关系，电场线的走向等。

这些实验结果不仅验证了静电场的基本规律，也为我们深入理解静电场的性质提供了重要的实验依据。

通过本次实验，我们对静电场的测绘方法有了更深入的了解，同时也加深了对静电场的认识。

希望通过这次实验，能够对大家对静电场的研究有所帮助，也希望能够进一步探索静电场的更多特性和应用。

【精品】模拟法测绘静电场

【精品】模拟法测绘静电场静电场是指由于物体之间存在电荷分布而形成的电场。

在工程和科学领域中，经常需要对静电场进行测绘。

本文将介绍一种常用的方法——模拟法。

1. 原理模拟法测绘静电场的基本原理是利用电荷的电场和静电感应的作用，在空间中布置一些具有特定电荷的物体，通过对这些物体上的电势和电荷分布的控制，模拟出所需的静电场分布。

在模拟法中，常用的物体有电荷点、电荷线、等势面、振荡器等。

通过调节这些物体的位置、形状和电荷量等参数，可以得到所需的电场分布。

2. 测绘流程2.1 设计测绘方案在进行静电场测绘前，需要先设计测绘方案。

具体包括选择适当的模拟法、确定所需的电场分布形式和精度要求、设计模拟装置的形状和大小等。

2.2 构建模拟装置根据测绘方案，选择合适的物体和电荷量，并在空间中布置出模拟装置。

调整各个物体的位置和形状，使其与所需的电场分布一致。

2.3 测量电势分布使用电势计或电位差计对模拟装置上各点的电势进行测量。

根据电势的量值和位置，可以确定静电场的分布。

2.4 计算电场强度根据电势分布，可以利用电场强度计算公式计算出空间中各点的电场强度。

2.5 验证精度根据测绘精度要求，采取不同的验证方法进行验证，如比较测绘结果和理论计算值的误差、对测绘结果进行重复测试等。

3. 应用范围模拟法测绘静电场适用于各种需要静电场测绘的场合，如电力系统的电气绝缘设计、静电喷涂和静电吸尘等工业应用、分子静电场分布研究等科学领域。

4. 注意事项在进行模拟法测绘静电场时，需要注意以下事项：4.1 模拟装置的搭建需要具有一定的技术水平和操作经验。

4.2 在选择电荷量和物体形状时，应根据具体情况进行合理选择。

4.3 测量电势时应避免外来因素的干扰，以保证测量精度。

4.4 模拟法只能模拟出静电场的分布情况，无法模拟出电磁场和辐射场等其他类型的场。

5. 结论模拟法测绘静电场是一种有效的方法，可以用于各种静电场测绘需求。

在进行测绘前应设计好测绘方案，正确选择各个参数，严格控制测量环境，以保证测绘结果的可靠性和精度。

用模拟法测绘静电场_2

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。

r E 02πελ= a ln(/)ln(/)b r a b r r U U r r = 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 d d ln 22b r b r rr b r r r R t r r t r ρρππ==⎰ ln 2a b b r r a r R t r ρπ= 2ln a b a a b r r a U tU I r R r πρ== a ln(/)ln(/)ab r rr a b r r U IR U r r '==[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电位和lnr的关系曲线,并与理论结果比较, 根据曲线的性质说明等位线是以内电极中心为圆心的同心圆。

[注意事项]1.找等位点时尽量让同等位线上的点均匀分布分布在360度上；2、不同等位线上的点尽量在同一直线上, 以方便确定等位线；3、由于导电微晶边缘处的电流沿边流动, 因此等位线必然与边缘垂直, 使该处的等位线和电力线严重畸变。

为减小“边缘效应”的影响, 将导电微晶的边缘切割成电力线的形状。

用模拟法测绘静电场

实验三十九用模拟法测绘静电场实验目的：1.描绘同轴电缆的静电场分布（测绘等位线，画出电场线）；2.锻炼自我实验操作能力。

实验原理：1、如果两种物理现象在一定的条件下满足同一形式的数学规律，就可一将对其中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。

2、实验中用稳恒电流场来模拟静电场正是应用了形式上的相似性。

虽然相似但不是等同。

所以使用模拟法时，必须注意到它的适用条件。

●电流场中的导电介质分布必须相当于静电场中的介质分布。

●静电场中的带电导体的表面是等为面，则稳恒电流场中的导电体也应该是等位面，这就要求采用良好的导电体来制作导电电极，而且导电介质的电导率也不易太大，且要均匀●测定导电介质中的电位时，必须保证探测电极支路中无电流通过●用长同轴圆柱形电极间稳恒电流场模拟长同轴圆柱形导体间静电场的依据3、场强在数值上等于电位剃度，方向指向电位降落的方向，先测绘等位线，然后根据电场线与等位线正交的原理，画出电场线涉及公式：ar Edr UUUaraarln20επλ-=-=⎰（1）ab r b UUarlnln= （2）ab Irb arbrURUlnln'==（3）r=a rV V ab b )( （4）实验仪器：EQC —2型静电场测绘仪（包括导电玻璃，双层固定支架，同步探针），直流稳压电源，记录纸。

实验方法：1、测绘等位线，要求相邻两等位线间的电势差为1V 共测8条，每条等位线测定出8个均匀分布的点，画出等位线的同心圆簇。

2、画出电场线，指出电场强度的方向3、由公式r=a rV V ab b )(计算出理论圆半径（b=75.00mm, a=5.000mm, a V =10V ）实验数据处理：表1 各等位线半径数据表2 半径测量数据表单位：mm。

用模拟法测绘静电场实验报告

⽤模拟法测绘静电场实验报告⽤模拟法测绘静电场实验报告【⼀】实验⽬的及实验仪器实验⽬的: 1.学习⽤模拟法测绘静电场的分布;2.加深对电场强度及电位概念的理解。

实验仪器:电源、毫⽶⽅格纸、导线、静电场测绘仪、万⽤表【⼆】实验原理及过程简述⼀.实验原理:1.模拟的依据:由电磁理论知道，稳恒电流的电场和相应的静电场空间形式是⼀致的。

只要电极形状⼀定，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。

稳恒电流场与静电场的分布也是相同的，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。

2.电压表法:以平⾏输电线的电极A、B模拟等值异号电荷，测绘电场分布情况。

将电报A、B与导电勿紧密接触，接通电源E，则在导电纸上形成平⾯电流场，电流由A向B辐向传导，导电物质上任⼀点具有确定的电位U c，可由电压表指⽰，将具有相同U c的点相连即为等位线。

3.检流记法:检流计追G跨接在C、D两端，D点的电位由分压器预先测量，当U c＝U时，电流计中⽆电流通过，指针不偏转，移动测笔C，找到这些使G不偏转的点，然后连接起来，即为U D的等位线。

4.⽅法依据:场强E在数值上等于电位梯度，⽅向指向电位降落的⽅向。

⼆.过程简述:1.记录电极尺⼨a和b。

接通电路，将开关拨到"校准"，得出U a。

2.将开关拨到"读数"，固定毫⽶⽅格纸，测绘平⾏输电线(模拟等值异号点电荷)的等位线簇。

取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿⼤约10个点数，取下⽅格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线。

3.固定另⼀张毫⽶⽅格纸，测绘同轴电缆(模拟同轴圆柱带电体)的等位线簇。

取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿⼤约10个点数，取下⽅格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线，量取五个等位线圈的等位半径R P。

根据公式计算相应理论电位半径R T＝b/[b/a∧(U r/U a)]，并计算绝对误差和⽬标误差E(%)＝(R T－R P)/R T×100%。

实验六模拟法测绘静电场

实验六模拟法测绘静电场实验六模拟法测绘静电场一、实验目的1.了解用模拟法测绘静电场分布的原理；2.用模拟法测绘静电场的分布，做出等势线和电场线。

二、实验仪器静电场描绘仪、电极、静电场描绘仪电源、水槽（导电纸）、数字电压表、连接导线等。

仪器介绍静电场描绘仪由电极架、电极（DZ-型3种导电纸电极）、同步探针等组成，还有配套的静电场描绘仪电源。

1.静电场描绘仪静电场描绘仪示意图见图34-1，仪器下层用于放置水槽导电纸电极，上层用于安放坐标纸，是测量探针，用于在水中或导电纸上测量等势点，是记录探针，可将在水中或导电纸上测得的各电势点同步地记录在坐标纸上（打出印迹）。

由于、是固定在同一探针架上的，所以两者绘出的图形完全相同。

2.电极电极的外形如图34-2所示：其中为同轴圆柱面电极，为平行导线电极，为聚焦电极，为平行板电极，为点与平板电极。

3.同步探针同步探针由装在探针座上的两根同样长短的弹性簧片末端的两根细而圆滑的钢针组成，如图34-3所示。

下探针深入水槽的水中或导电纸上，用来探测水中电流场或导电纸上电场各处的电势数值，上探针略向上翘起，两探针通过金属探针臂固定在同一手柄上，两探针始终保持在同一铅垂线上，移动手柄座时，可保证上下两个探针的运动轨迹是一样的。

当探针座在电极架下层右边的平板上自由移动时，下探针探出等势点后，用手指轻轻按下上探针上的按钮，上探针针尖就在坐标纸上打出相应的等势点。

4.静电场描绘电源（1）技术指标①适用电源:；②输出稳压电压：（-12型）；（-10型）；③最大输出电流：0.5；④交流数字电压表最大量程：；数字电压表最大量程：；内阻：⑤适用环境：温度，相对湿度。

（2）使用操作①开机前，先将“测量、输出”转换开关拨向“输出”。

②按实验要求连接好电路，检查无误后打开电源开关。

③调节输出电压到预设制后，转换开关拨向“测量”进行测量，实验结束时，再将转换开关拨回“输出”后关闭电源。

三、实验原理带电体在其周围空间会产生静电场，可以用电场强度或电位的空间分布来描述。

静电场的模拟与描绘实验报告

静电场的模拟与描绘实验报告一、实验目的1、学习用模拟法测绘静电场的分布。

2、加深对静电场概念的理解，提高对电场强度和电势概念的认识。

二、实验原理静电场是由静止电荷产生的稳定的物理场。

由于直接测量静电场的分布比较困难，所以本实验采用模拟法来测绘静电场。

模拟法的基本思想是：如果两种物理现象在一定条件下具有相似的数学形式和物理规律，那么可以用一种易于测量和研究的物理现象来模拟另一种难以测量和研究的物理现象。

在本实验中，我们用稳恒电流场来模拟静电场。

稳恒电流场和静电场都遵守高斯定理和环路定理，当两种场中的电极形状和位置相同，并且边界条件相同时，它们的电场分布是相似的。

在实验中，我们使用导电纸作为均匀的导电介质，在导电纸上铺上平行等距的电极，通过在电极上施加直流电压，在导电纸中形成稳恒电流场。

然后，用检流计测量导电纸上不同位置的电势，从而描绘出电场的分布。

三、实验仪器静电场描绘仪、直流稳压电源、检流计、探针、导电纸、坐标纸等。

四、实验步骤1、连接实验仪器将直流稳压电源的正负极分别与静电场描绘仪的相应电极连接，将检流计的正负极与探针连接。

2、安放导电纸将导电纸平铺在静电场描绘仪的平板上，并确保导电纸与平板紧密接触。

3、确定电极位置根据实验要求，确定电极在导电纸上的位置，并在导电纸上做好标记。

4、测量电势将探针与导电纸接触，移动探针，在不同位置测量电势。

为了提高测量的准确性，每次测量时应确保探针与导电纸接触良好。

5、记录数据将测量得到的电势数据记录在坐标纸上，标明测量点的位置。

6、绘制等势线根据记录的数据，在坐标纸上绘制出等势线。

等势线是电势相等的点的连线。

7、描绘电场线根据等势线的分布，垂直于等势线描绘出电场线。

电场线的方向是从高电势指向低电势。

五、实验数据处理1、记录测量得到的电势数据，如下表所示：｜测量点位置｜电势（V）｜｜｜｜｜（x1, y1) ｜ V1 ｜｜（x2, y2) ｜ V2 ｜｜（x3, y3) ｜ V3 ｜｜｜｜2、根据数据表，在坐标纸上绘制出等势线。

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。

用模拟法测绘静电场

用模拟法测绘静电场静电场是由于电荷的存在所形成的一种场。

在工程应用中，我们需要测绘静电场的大小和分布情况。

传统的方法是基于电场的数学公式和物理原理来推导计算。

但是，这种方法有一定的局限性，特别是针对复杂、非均匀的场。

因此，模拟法成为一种可行的测绘方法。

模拟法的基本思想是通过建立一个类似于真实场的模拟场，然后对模拟场进行测量，最终得到真实场的分布情况。

下文将分别介绍模拟法的两种典型应用方法：有限差分法和有限元法。

一、有限差分法有限差分法是一种常见的数值计算方法，适用于离散化的问题，如在空间离散的点上计算电场值。

其基本思想是通过在真实场中选取有限的点来模拟真实场，在这些点上计算电场的值，然后通过差分运算得到电场的梯度和变化率，从而获得真实场的分布情况。

以二维空间中Z向高度为一定的圆板的静电场为例，假设圆板半径为a，距离Z为d，其电势函数为：V=1/4πε \cdot Q/(√(R^2+d^2 ))其中Q为圆板上的总电荷，R为观测点到圆板上某一点的距离。

在有限差分法计算中，我们需要将观测区域离散化，假设网格尺寸为dx和dy，那么在一个包围圆板的区域内，我们可以取N个点来模拟真实场，如下图所示：在每个观测点上，我们可以计算出电势V的值，根据差分公式，可以得到电场分布情况：Ex=(V(i,j+1)-V(i,j))/dy在此基础上，我们可以进一步计算出电势和电荷分布，并进行可视化，如下图所示：有限元法是一种计算机模拟模型，它将真实场分成很多小区域，每个小区域内的场是简化的，由一组近似函数来表示。

这些近似函数通常称为有限元函数，它们可以是线性、二次或高次函数。

有限元法首先通过三角剖分将真实场划分为多个局部小区域，然后在每个小区域内选取有限的节点来建立有限元函数，形成有限元网格。

对于每个小区域内的有限元函数，我们可以用一些已知的方程或物理定律来计算电势和电场分布。

以空间中三维空心球的静电场为例，下图展示了有限元法计算中所用的有限元网格：在每个小区域中，我们可以用一组相应有限元函数来近似表示电势和电场分布。

用模拟法测绘静电场实验报告

用模拟法测绘静电场实验报告一、实验目的1、学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。

2、加深对静电场概念的理解，提高对电场分布的分析能力。

3、掌握静电场测试仪的使用方法。

二、实验原理静电场是由静止电荷产生的一种特殊物质形态，其分布取决于电荷的分布情况。

直接测量静电场的分布往往比较困难，而模拟法是一种有效的间接测量方法。

模拟法的基本思想是：如果两种物理场的分布规律在数学形式上相似，那么可以用一种容易测量的物理场来模拟另一种不易测量的物理场。

在本实验中，用稳恒电流场来模拟静电场。

稳恒电流场与静电场满足相似的数学方程，即：静电场中电场强度E 与电位 U 的关系为 E ＝ gradU；稳恒电流场中电流密度 j 与电位 U 的关系为 j ＝σgradU（其中σ 为电导率）。

对于长直同轴圆柱形电缆，静电场中内圆柱带电，外圆柱接地，其电位分布为：＼U ＝＼frac{U_0}｛＼ln(b/a)｝＼ln(r/a)＼其中，U₀为内圆柱的电位，a 为内圆柱半径，b 为外圆柱半径，r 为测量点到圆柱中心轴的距离。

在模拟的稳恒电流场中，两圆柱分别接电源的正负极，同样可以得到相似的电位分布。

三、实验仪器1、静电场描绘仪2、直流稳压电源3、电压表4、探针5、坐标纸四、实验步骤1、连接电路将直流稳压电源的正负极分别与静电场描绘仪的两圆柱电极相连，确保连接牢固，无短路现象。

2、调节电源电压打开电源，调节输出电压至设定值，例如 10V。

3、测量电位分布将探针与电压表相连，移动探针在坐标纸上的位置，测量并记录不同位置的电位值。

测量时应注意保持探针与纸面垂直，且沿等位线移动。

4、绘制等位线根据测量得到的电位值，在坐标纸上绘制出等位线。

等位线是电位相等的点的连线，相邻等位线之间的电位差应相等。

5、绘制电场线根据等位线的分布，垂直等位线绘制出电场线。

电场线的疏密反映了电场强度的大小。

五、实验数据记录与处理1、记录测量得到的电位值，如下表所示：｜坐标(x, y) ｜电位 U（V）｜｜｜｜｜（10, 10) ｜ 35 ｜｜（15, 15) ｜ 42 ｜｜（20, 20) ｜ 50 ｜｜｜｜2、根据数据绘制等位线和电场线绘制等位线时，将电位值相等的点用平滑的曲线连接起来。

用模拟法测绘静电场实验应注意的几个问题

用模拟法测绘静电场实验应注意的几个问题
在用模拟法测绘静电场时，应注意以下几个问题：
1、确定模拟法的适用范围：在使用模拟法测绘静电场时，应先考虑模拟法的适用范围，确保模拟法能够准确地反映实际情况。

2、选择合适的模拟工具：在使用模拟法测绘静电场时，应选择合适的模拟工具，如电场模拟仪或电荷模拟器等。

3、注意模拟精度：在使用模拟法测绘静电场时，应注意模拟精度，确保模拟结果与实际情况相符。

4、注意模拟结果的准确性：在使用模拟法测绘静电场时，应注意模拟结果的准确性，确保模拟结果与实际情况相符。

5、注意模拟结果的可靠性：在使用模拟法测绘静电场时，应注意模拟结果的可靠性，确保模拟结果是可靠的。

6、注意模拟结果的可视性：在使用模拟法测绘静电场时，应注意模拟结果的可视性，确保模拟结果能够直观地展示模拟结果。

7、注意模拟结果的可操作性：在使用模拟法测绘静电场时，应注意模拟结果的可操作性，确保模拟结果能够方便地进行操作。

8、注意模拟结果的可比性：在使用模拟法测绘静电场时，应注意模拟结果的可比性，确保模拟结果能够与其他模拟结果进行比较。

9、注意模拟结果的可扩展性：在使用模拟法测绘静电场时，应注意模拟结果的可扩展性，确保模拟结果能够适用于更广泛的情况。

10、注意模拟结果的可表示性：在使用模拟法测绘静电场时，应注意模拟结果的可表示性，确保模拟结果能够通过图像、表格或其他方式
进行表示。

[精编]用模拟法测绘静电场实验报告

[精编]用模拟法测绘静电场实验报告!实验报告：用模拟法测绘静电场一、实验目的1.学习了解静电场的性质和特点。

2.掌握用模拟法测绘静电场的基本原理和方法。

3.学会使用电场强度计测量电场强度。

二、实验原理模拟法测绘静电场是利用等效原理，通过模拟静电场中的电势分布，间接地测量静电场中各点的电场强度。

本实验采用电容器模拟静电场，通过调节电容器上所加电压，使电容器两极板间的电场与所需测量的静电场具有相同的电势分布。

然后，通过测量电容器两极板间的电场强度，推算出所需测量的静电场的电场强度。

三、实验步骤1.搭建实验装置（1）准备一个平行板电容器，其金属极板尺寸为5cm x 5cm，两极板间距为2mm。

（2）将电容器与电源连接，并配备一个电压表以测量电源电压。

（3）在电容器两极板间放置一个微调电阻器，用于调节电场强度。

（4）配备一个电场强度计，用于测量电容器两极板间的电场强度。

2.模拟静电场（1）将电源电压调至所需测量的静电场的电势分布。

（2）调节微调电阻器，使得电容器两极板间的电场强度与所需测量的静电场的电场强度具有相同的分布。

3.测量电场强度（1）将电场强度计放置在电容器两极板间的中心位置，记录电场强度计的读数。

（2）改变微调电阻器，模拟不同的电势分布，并记录相应的电场强度计读数。

重复此步骤多次，以获得足够的数据点。

4.数据处理与分析（1）将实验数据输入计算机，绘制电场强度与电压（或电势）的关系图。

（2）根据实验数据，分析静电场的性质和特点。

四、实验结果（请在此处插入图表）五、实验总结1.通过本次实验，我们学习了静电场的性质和特点，了解了用模拟法测绘静电场的基本原理和方法。

2.通过实验，我们掌握了使用电场强度计测量电场强度的方法和技巧，并通过数据分析得出了静电场的分布特点。

3.本实验中需要注意控制实验条件，避免误差的引入，保证实验结果的准确性。

同时，对实验数据的处理和分析也是非常重要的环节，通过分析数据可以更深入地了解静电场的性质和特点。

用模拟法测绘静电场

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研究和测量，这种方法称为“模拟法”。
本实验用点状电极、同心圆电极产生的稳恒电流场分别模拟两点电荷、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
引入电位U，则电场强度 EU；电场强度矢量 E和电流密度都遵从高斯定理。
【思考题】
• 用电流场模拟静电场的理论依据和条件是什么？ • 等势线和电力线之间有何关系？ • 能否根据所描绘的等势线簇计算其中某点的电场
强度？为什么？ • 若将实验使用的电源电压加倍或减半，实验测得
的等势线和电力线形状是否变化？
J =E
二、模拟长同轴圆柱形电缆的静电场
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为
E = 2 0 r r0
电位为：
U rU arraEdrU a20lnrra
若r=rb时Ur=Ub=0，则有
Ua 20 ln(rb ra)
用模拟法测绘静电场
物理实验中心 2005实验室
【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.预习两点电荷、同轴柱面的电场分布情况。
【实验目的】
1.学习用电流场模拟静电场的概念和方法。 2.加深对电场强度和电力线、电位概念的理解。 3.测绘同轴圆柱体和两平行导线的电场分布情况。
【实验原理】
4、作出平滑的等势线，根据电力线与等势线正交的原理作出电力线；
5、计算其中一条等势线上r2/r1的值，以验证r2/r1是否等于一个常数。
P
r1
r2
+
-
d
【注意事项】
• 测量过程中要保持两电极间的电压不变。 • 实验时上下探针应保持在同一铅垂线上，否则会