稳恒电流场模拟静电场
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东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 步 骤
5 、测出各等势线的半径r实，并和同一电势相对值 （U/U0）时的半径r理论相比较，计算相对误差，并 分析产生误差的原因。
U（V） U/U0 r理 (cm) r实 (cm) 0 0 7.50 2.0 0.20 4.36 4.0 0.40 2.54 6.0 0.60 1.48 8.0 0.80 0.75 10.0 1.00 0.50
模拟静电场
任课教师 熊宏齐
东
南
大
学
物
理Hale Waihona Puke 实验中 心
课 前 思 考
1.为什么要用模拟法？ 2.实验中用什么场来模拟静电场？ 3.稳恒电流场形成的条件是什么？ 4.用稳恒电场模拟静电场要注意哪 些事项？ 6.等势面与电场线的关系？ 7.仪器设置的巧妙之处。
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 原 理
3、介绍两种电场
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 原 理
2、聚焦电极
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 仪 器
EQC-3型导电微晶静电场描绘仪
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 仪 器
本实验有两种 静电场描绘仪箱，每 个描绘仪箱装有两种 不同形状的电极，共 四种电极，提供不同 的电场供测绘。分别 是同轴圆柱中的电场， 聚焦电场，点状非均 匀电场，点条状非均 匀电场。
r理 r实 r理
误差原 因分析
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 步 骤
6、改换导电玻璃上的其它电极，描绘出对应 的等势线及电力线，方法同前。（任选 1～2种 电极形状。）
观 察 思 考
如果电源电压增加一倍，等势线和电力线 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？
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
直接测量
模拟法
实 验 原 理
模拟法可以分成两大类：
计算机模拟：两个不同本质的物理过程，用同 一个数学方程来描述。
物理模拟：保持同一物理场本身，相同的物理 现象/过程缩小或放大模拟再现。 “风洞”的飞机模型模拟实际飞机在大气中的飞
行
物理模拟分为几何模拟、动力相似模拟、替代
或类比模拟三类。本实验属于替代或类似模拟。
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 原 理
1、静电场的相似模拟——稳恒电流场 当电流场中的电极与静电场中的导体有相同的形 状和位置，并且有相同的电位差时，可以证明，这两 种具有相同边界条件的相同方程，有相同的解，即有 相同的电位分布。 例如：真空中柱状电容器的静电场电势分布
实 验 目 的
（1）掌握模拟法的概念，学习用模拟法描绘静电场。 （2）通过对静电场分布的研究，加强对电场强度 和电位的了解。
研究静电现象或电子束的运动规 律时，需要了解静电场的电场分布 情况。带电体周围静电场分布在科 学研究和工程技术中有重要的作用。
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 原 理
理论计算 •计算十分复杂 困难 •测量仪器的介入会改变原静电 场场的分布 以相似性原理为基础，用一种易 于实现，便于测量的物理状态或 过程模拟另一种不易实现，不便 测量的状态或过程。
2、稳恒电流场模拟静电场，要满足以下实验条件 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，并满足电极电导率远远大于介质的电导 率；
电极形状和介质具有对称性时场量也具有对称性， 例如对于具有轴对称性的电场，只要测量其中任 何一个垂直于轴的截面的径向电位分布就行了。
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 内 容
1. 静电场描迹仪测绘同轴圆柱体中间区域的电 场分布。 2. 改换同一静电场描绘仪箱导电玻璃上的另一 电极，描绘出对应的等势线及电力线。 3. 使用两种不同静电场描绘仪箱的同学在完成 本仪器两种电极等势线及电力线的描绘后，互 相交换仪器（须告知任课老师），再描绘另外 1～2种电极的等势线及电力线。
r2 ln r V Vr r2 1 ln r1
东 南 大 学 物 理 实 验
(r1 r r2 )
中 心
实 验 原 理
同轴圆筒电极间的稳流场中电势分布：
A
B
r2 ln r Vr V1 (r1 r r2 ) r2 ln r1
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 原 理
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 步 骤
1. 坐标纸固定好；
10.00v
实验中 能不能 移动？
2. 调节两个电极间电压为10.0V；
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 步 骤
3、等势面的测量方法： 直接测量法 将K1打向“直接”、 K2打向“校正”，调节电压调节旋钮至 10V；然后将K2打向“测量”，即可进行 正常测量。 检零法 将K1打向“检零”、K3打向 “设定”，调节设定调节旋钮至需要的量 值；然后将K3打向“检零”即可测量。
k1
k2
k3
k4 k5
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 步 骤
等势面的测量方法
V
+
C G
-
+
C
-
检零法
直接测量法
哪 种 方 法 更 好？
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 步 骤
4、测量
E a
画一条曲线需 要取15-20点 E b
电势面、电场线实验后再画出
如何评价实验的准确性？
用同步探针探测不同电势（0V、2V、4V、 6V、8V、10V）的若干等势点。
实 验 步 骤
5 、测出各等势线的半径r实，并和同一电势相对值 （U/U0）时的半径r理论相比较，计算相对误差，并 分析产生误差的原因。
U（V） U/U0 r理 (cm) r实 (cm) 0 0 7.50 2.0 0.20 4.36 4.0 0.40 2.54 6.0 0.60 1.48 8.0 0.80 0.75 10.0 1.00 0.50
模拟静电场
任课教师 熊宏齐
东
南
大
学
物
理Hale Waihona Puke 实验中 心
课 前 思 考
1.为什么要用模拟法？ 2.实验中用什么场来模拟静电场？ 3.稳恒电流场形成的条件是什么？ 4.用稳恒电场模拟静电场要注意哪 些事项？ 6.等势面与电场线的关系？ 7.仪器设置的巧妙之处。
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 原 理
3、介绍两种电场
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 原 理
2、聚焦电极
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 仪 器
EQC-3型导电微晶静电场描绘仪
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 仪 器
本实验有两种 静电场描绘仪箱，每 个描绘仪箱装有两种 不同形状的电极，共 四种电极，提供不同 的电场供测绘。分别 是同轴圆柱中的电场， 聚焦电场，点状非均 匀电场，点条状非均 匀电场。
r理 r实 r理
误差原 因分析
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 步 骤
6、改换导电玻璃上的其它电极，描绘出对应 的等势线及电力线，方法同前。（任选 1～2种 电极形状。）
观 察 思 考
如果电源电压增加一倍，等势线和电力线 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？
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
直接测量
模拟法
实 验 原 理
模拟法可以分成两大类：
计算机模拟：两个不同本质的物理过程，用同 一个数学方程来描述。
物理模拟：保持同一物理场本身，相同的物理 现象/过程缩小或放大模拟再现。 “风洞”的飞机模型模拟实际飞机在大气中的飞
行
物理模拟分为几何模拟、动力相似模拟、替代
或类比模拟三类。本实验属于替代或类似模拟。
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 原 理
1、静电场的相似模拟——稳恒电流场 当电流场中的电极与静电场中的导体有相同的形 状和位置，并且有相同的电位差时，可以证明，这两 种具有相同边界条件的相同方程，有相同的解，即有 相同的电位分布。 例如：真空中柱状电容器的静电场电势分布
实 验 目 的
（1）掌握模拟法的概念，学习用模拟法描绘静电场。 （2）通过对静电场分布的研究，加强对电场强度 和电位的了解。
研究静电现象或电子束的运动规 律时，需要了解静电场的电场分布 情况。带电体周围静电场分布在科 学研究和工程技术中有重要的作用。
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 原 理
理论计算 •计算十分复杂 困难 •测量仪器的介入会改变原静电 场场的分布 以相似性原理为基础，用一种易 于实现，便于测量的物理状态或 过程模拟另一种不易实现，不便 测量的状态或过程。
2、稳恒电流场模拟静电场，要满足以下实验条件 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，并满足电极电导率远远大于介质的电导 率；
电极形状和介质具有对称性时场量也具有对称性， 例如对于具有轴对称性的电场，只要测量其中任 何一个垂直于轴的截面的径向电位分布就行了。
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 内 容
1. 静电场描迹仪测绘同轴圆柱体中间区域的电 场分布。 2. 改换同一静电场描绘仪箱导电玻璃上的另一 电极，描绘出对应的等势线及电力线。 3. 使用两种不同静电场描绘仪箱的同学在完成 本仪器两种电极等势线及电力线的描绘后，互 相交换仪器（须告知任课老师），再描绘另外 1～2种电极的等势线及电力线。
r2 ln r V Vr r2 1 ln r1
东 南 大 学 物 理 实 验
(r1 r r2 )
中 心
实 验 原 理
同轴圆筒电极间的稳流场中电势分布：
A
B
r2 ln r Vr V1 (r1 r r2 ) r2 ln r1
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 原 理
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 步 骤
1. 坐标纸固定好；
10.00v
实验中 能不能 移动？
2. 调节两个电极间电压为10.0V；
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 步 骤
3、等势面的测量方法： 直接测量法 将K1打向“直接”、 K2打向“校正”，调节电压调节旋钮至 10V；然后将K2打向“测量”，即可进行 正常测量。 检零法 将K1打向“检零”、K3打向 “设定”，调节设定调节旋钮至需要的量 值；然后将K3打向“检零”即可测量。
k1
k2
k3
k4 k5
东
南
大
学
物
理
实
验
中 心
实 验 步 骤
等势面的测量方法
V
+
C G
-
+
C
-
检零法
直接测量法
哪 种 方 法 更 好？
东 南 大 学 物 理 实 验 中 心
实 验 步 骤
4、测量
E a
画一条曲线需 要取15-20点 E b
电势面、电场线实验后再画出
如何评价实验的准确性？
用同步探针探测不同电势（0V、2V、4V、 6V、8V、10V）的若干等势点。