大学物理实验教案(用模拟法描绘静电场)
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，了解静电场的分布特点。
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，其分布情况通常难以直接测量。
但我们可以利用相似的电流场来模拟静电场，因为在一定条件下，电流场和静电场的物理规律具有相似性，这种方法称为模拟法。
根据静电场的高斯定理，在真空中，静电场的电场强度 E 沿任意闭合曲面的通量等于该闭合曲面所包围的电荷的代数和除以真空介电常数ε₀。
对于具有一定几何形状和边界条件的带电体所产生的静电场，其场强分布是唯一确定的。
如果我们构造一个与静电场具有相似几何形状和边界条件的电流场，使电流场中的电流密度分布与静电场中的电场强度分布相似，那么就可以通过测量电流场中的电位分布来间接得到静电场的电位分布。
在电流场中，电流密度 J 与电场强度 E 成正比，比例系数为电导率σ。
在均匀介质中，电流密度 J 与电位梯度成正比，即 J ＝σ∇V，其中V 为电位。
通过测量电流场中的电位分布，利用等位线和电力线的关系，就可以描绘出静电场的电场线分布。
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正、负极相连，确保连接牢固，无短路现象。
2、选择实验模型本实验采用同轴圆柱面电极模型，内圆柱电极接电源正极，外圆柱电极接电源负极。
3、测量电位将探针与电压表相连，移动探针在电极间的不同位置，测量相应点的电位值，并记录在坐标纸上。
测量时应注意保持探针与电极表面垂直，且接触良好。
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。
等位线是指电位相等的点所连成的曲线。
5、绘制电场线根据等位线与电场线的垂直关系，绘制出电场线。
电场线的方向是从高电位指向低电位。
五、实验数据记录与处理｜测量点坐标｜电位值（V）｜｜：：｜：：｜｜（x₁, y₁) ｜ V₁｜｜（x₂, y₂) ｜ V₂｜｜（x₃, y₃) ｜ V₃｜｜｜｜以坐标原点为中心，根据测量数据绘制等位线和电场线。
《大学物理》静电场的模拟实验
2、根据等势线作出电场线（做电场线时要注意：电场线与等势线正交，导体表面是等势面，电场线垂直于导体表面，电场线发自正电荷而中止于负电荷，疏密能表示出场强的大小，根据电极正，负画出电场线方向）。
五、实验步骤
1、打开描绘架上层的黑色金属方框，放上描绘用的坐标纸，并将其合上压紧。
2、水槽内注入干净的自来水至略低于电极板高度的位置，并将电极板水槽放于描绘架下层，居中。
六、实验记录与数据处理
本实验由于使用的是描点作图，故不再进行不确定度计算和数据的数学处理。要求在图上画出电极（必须与实际电极相同，如何画？）、测绘的等势线（虚线）及电力线图（实线）。
注意：作图要科学，不能违背相关物理概念。
七、课后作业题
（1）出现下列情况时测绘的等势线和电力线的形状有无变化？
①电源电压提高一倍
①；
②；
③。
通过对稳恒电流场和静电场的分析、比较，可以看到：两种场都有电势的概念，而且两种场都遵守高斯定理和拉普拉斯方程。因而只要
，便可由微分方程的唯一性定理得知稳恒电流场的电势分布与静电场的电势分布为一一对应关系。
2．准确模拟静电场需保证的实验条件
本实验是用稳恒电流场模拟真空或空气中的静电场，故如上物理相似性的条件要通过以下实验条件来保证：
（1）
。
（2）
。
（3）
（4）
。
四、 实验内容
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引言：静电场是物理学中的一个重要概念，它描述了电荷之间相互作用的力场。
为了更好地理解和研究静电场，我们进行了一项模拟实验来测绘静电场的分布情况。
本实验旨在通过模拟法，使用一些基本的物理原理和数学工具，测绘出静电场的等势线和力线，以便更好地理解静电场的性质和特点。
实验方法：1. 实验器材准备：- 一个平面上的导体板，用来模拟电荷分布；- 一些金属探针，用来检测导体板上的电势；- 一些小球状物体，代表电荷；- 一些细线，用于绘制力线。
2. 实验步骤：a. 将导体板放置在平面上，固定不动；b. 将小球状物体放置在导体板上，代表电荷；c. 使用金属探针在导体板上不同位置进行电势测量，记录下测得的电势值；d. 使用细线连接小球状物体，绘制出力线的形状和分布。
实验结果：通过实验，我们得到了导体板上不同位置的电势测量结果，并绘制出了力线的分布图。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 等势线：- 等势线是连接电势相等点的曲线，实验中我们观察到等势线呈现出环形的形状，且越靠近电荷的位置，等势线的密度越大；- 等势线的密度代表了电势变化的快慢，密集的等势线表示电势变化较大，而稀疏的等势线则表示电势变化较小。
2. 力线：- 力线是描述电场强度分布的曲线，实验中我们观察到力线从正电荷指向负电荷，且力线越靠近电荷的位置越密集；- 力线的密集程度代表了电场强度的大小，密集的力线表示电场强度较大，而稀疏的力线则表示电场强度较小。
讨论与分析：通过对实验结果的观察与分析，我们可以进一步探讨静电场的性质和特点。
1. 电势与电场强度：- 根据实验结果，我们可以得出结论：电势的变化率与电场强度的大小成正比； - 在实验中，我们观察到电势变化较大的地方，力线也相对较密集，这说明电场强度较大；- 通过测量电势的变化率，我们可以推断出电场强度的大小和方向。
2. 电荷分布与电场形状：- 在实验中，我们使用小球状物体模拟电荷，观察到力线从正电荷指向负电荷，这符合电荷之间相互吸引的特性；- 通过绘制力线的分布图，我们可以更直观地了解电场的形状和分布情况；- 实验结果表明，电场强度在电荷附近较大，随着距离的增加逐渐减小，这符合电荷之间相互作用的规律。
大学物理实验教案
（4）
两点电极
教
学
重
点
与
难
分
钟 教
学
手
段 讲解、学生讨论 20
分
钟 习
题 1．用电流场模拟静电场的理论依据和条件是什么？
2．等势线和电力线之间有何关系？
3．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？
4．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？电场强高和电位分布呢？
大学物理实验教案
【理、工科】 安莉
周 次 第 周，第 次课 备注 章 节
名 称 用模拟法测绘静电场 授 课
方 式 理论课（）；实验课（√ ）；实习（ ） 教学
时数 3学时 教学目的及要求
1、模拟法的物理思想和条件。
2、测量稳恒电流场中电位分布的方法。
6．模拟满足的三个条件
模拟方法的使用有一定的条件和范围，不能随意推广，否则将会得到荒谬的结论。用稳恒电流场模拟静电场的条件可以归纳为下列三点：
(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
(3)模拟所用电极系统与模拟电极系统的边界条件相同。
3、模拟描绘同轴电缆电场，示波管聚焦电极电场。 教学内容提要 时间
分配
实验原理：
1.静电场的基本性质
静电场是由静止电荷激发的电场。电场的基本特性是对静止或运动的电荷有作用力，由于电是一种力场，场具有"能"与"力"的性质，因此其他带电粒子在具有电场的空间中将具有「势能」并受到一定的「作用力」。也就是我们所说的电势和电场强度。为形象地描述场强的分布，在电场中人为地画出一些有方向的曲线，曲线上一点的切线方向表示该点场强的方向，也是电势降低的方向。电场线的疏密程度与该处场强大小成正比。
(完整word版)大学物理实验静电场的描绘
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。
3.用作图法处理数据。
【实验仪器】静电场描绘仪、静电场描绘仪信号源、导线、数字电压表、电极、同步探针、坐标纸等。
【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。
1、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E=－△U/△l；它们都遵守高斯定理：对静电场，电场强度在无源区域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。
若稳恒电流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E′与电流密度矢量J之间遵循欧姆定律J=σE′因而，E和E′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，由电动力学的理论可以严格证明：像这样具有相同边界条件的相同方程，其解也相同。
因此，我们可以用稳恒电流场来模拟静电场。
实验五 用模拟法测绘静电场
实验五用模拟法测绘静电场实验目的：1. 理解静电场的概念及其性质2. 熟悉静电场线和等势线的画法3. 学习用模拟法测绘静电场一、实验原理与装置1. 静电场的概念和性质静电场是指存在电荷时周围空间内的电场。
静电场有以下性质：(1) 电场线的方向是电场力的方向。
（电荷正电荷电场线从正电荷向外发出，电荷负电荷电场线从负电荷向内汇聚）(2) 等势线垂直于电场线。
（不然质点只能沿着电场线运动）(3) 等势线上各点势能相等。
（在等势线上移动的质点不做功）(4) 电场线与等势线的密度越大，电场越强。
2. 实验装置(1) 金属板(2) 带电棒及其支架(3) 电位计或万用表二、实验内容和步骤1. 实验内容用模拟法测绘电荷间的静电场线和等势线，了解静电场的性质。
2. 实验步骤(1) 用金属板固定一个带电棒。
(2) 在另一侧用电位计或万用表测量带电棒所激发的电场强度E，将测量数据记录下来。
(3) 在周围的纸面上画出静电场线和等势线。
(4) 待电荷达到稳态（静电场不变），移动带电棒，再次测量电场强度，并观察静电场线和等势线的变化。
三、实验数据处理1. 静电场线和等势线的绘画方法(1) 画静电场线画负电荷和正电荷的静电场线是不同的，如下图：对于正电荷：电荷从正电荷开始散开，射向无限远处。
对于负电荷：电荷从负电荷汇聚，向负电荷无限靠近。
(2) 画等势线等势线是垂直于静电场线的曲线，在静电场中，等势线是由一些面状平面构成的，就是所谓的等电面。
在同一等电面内，各点的电势是相等的。
等势线表现出了静电场的梯度。
决定等势线的要素有电荷大小、形状、位置和形成等势线的维度等，整个电场的形态和分布都可以通过等势线和静电场线得到。
2. 数据记录分析利用测量的电场强度，对静电场进行绘画。
在静电场线和等势线上找到几组有特征的数据点，根据等势线的定义，这些点的电势是相等的，因此可以计算出其具体的电势值。
四、实验注意事项1. 实验操作小心，防止触电2. 用导体与地连接保持安全3. 测量前，检查实验装置是否正确安装五、实验思考题1. 如何判别静电场是否稳定？2. 静电场中等势线的特点是什么？3. 如何利用等势线测量电势差？实验五用模拟法测绘静电场完整实验报告样例【摘要】本实验通过测量带电棒激发的电场强度和画出静电场线和等势线，测绘了一个由单个电荷组成的静电场。
用模拟法描绘静电场
用模拟法描绘静电场
实验目的
1. 2. 3. 学习用模拟法描绘静电场的原理和方法； 加深对电场强度和电场线、电位等概念的理解； 描绘同轴圆柱形电缆横截面的电场分布情况。
实验原理
稳恒电流场 模拟
静电场？
在一定条件下,这两种场可以用两组对应的物理量来描述， 并且这两组物理量遵循着数学形式相同的物理规律。 长直同轴圆柱形电缆
谢谢！
dVr 而：Er dr
显而易见，稳恒电流场E r′与静电场E的 分布也是相同的 。 即可以用稳恒电流场来模拟静电场
静电场的测绘方法 1. E是矢量，而电位U是标量，从实验测量来讲，可先 测绘等位线。
2. 根据电力线与等位线正交的原理，画出电力线。
3. 由等位线的间距确定电力线的疏密，将抽象的电 场形象地反映出来。
r
Var
同形状的导电玻璃和同心圆电极构成的圆柱薄片
dr b Rab dR ln 2h a r 2h a a
b b
Vab Vab 2h 径向电流： I b Rab ln a
Var
r Vab ln r a I dR b a ln a
可见，两者的电势分布相同。
三、数据处理：
1. 有效数字 2. 四舍六入五凑偶
D
1.00V 3.00V 5.00V 7.00V
3.要用圆规画圆
4.点要用“ⅹ”或 其他符号标记 5.内电极直径取： 2a=10.00mm 6.作图记录要保留
【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，否则会使图 形失真。 • 记录纸应保持平整，测量时不能移动。 • 实验结束时，要关好电源，粘回小磁铁后离开。
模拟法描绘静电场的实验报告
模拟法描绘静电场的实验报告模拟法描绘静电场的实验报告静电场是物理学中重要的概念之一，它在我们的日常生活中无处不在。
为了更好地理解和研究静电场的特性，我们进行了一项模拟法描绘静电场的实验。
实验目的本实验旨在通过模拟法描绘静电场，探究静电场的分布规律和影响因素，并进一步加深对静电场的理解。
实验装置与原理我们使用了一块平行板电容器作为实验装置。
平行板电容器由两块平行的金属板组成，中间夹有一层绝缘材料。
通过在电容器的两端加上电压，形成电场。
我们在电容器的中间位置放置了一个探测器，用于检测电场的强度。
实验步骤1. 首先，将平行板电容器放置在实验台上，并确保两块金属板之间的距离保持恒定。
2. 将电容器的两端分别连接到电源的正负极，通过调节电压大小，使电场的强度适中。
3. 将探测器放置在电容器的中间位置，并记录下电场的强度值。
4. 移动探测器，分别在不同位置上进行测量，并记录下相应的电场强度值。
5. 根据测量结果，绘制电场强度分布图，并分析电场强度的变化规律。
实验结果与分析通过实验测量，我们得到了一系列电场强度值，并绘制出了电场强度分布图。
从图中可以看出，电场强度在电容器的两个金属板之间是均匀分布的，且强度随着距离的增加而逐渐减小。
这符合静电场的基本规律，即电场强度与距离的平方成反比。
此外，我们还发现电场强度与电压的大小有关。
当电压增加时，电场强度也相应增加。
这说明电场强度与电压之间存在一定的线性关系，而电场强度可以作为电压的一个指标。
在实验过程中，我们还发现了一些影响电场强度的因素。
例如，电容器的板间距离越小，电场强度越大；电容器的板面积越大，电场强度也越大。
这些结果进一步验证了我们对静电场的认识。
实验总结通过模拟法描绘静电场的实验，我们深入了解了静电场的分布规律和影响因素。
我们发现电场强度与距离、电压、板间距离和板面积等因素密切相关。
这些发现对于我们进一步研究和应用静电场具有重要意义。
然而，本实验仅是对静电场的初步探索，还有许多未知的问题需要进一步研究。
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。
模拟法描绘静电场
Vr r2 r2 1 ln r2 = ln / ln = ln r + r2 V1 r r1 ln r2 ln r1 r1
由于r1、r2为常数，所以，Vr / V1 与 ln r成线性关系。利用 实验数据，我们可以作出Vr / V1 ~ ln r实验直线。 又由于： 又由于：当 r = r1 = 0.50cm，ln r1= - 0.693 ，vr=v1时， vr / v1 =1； ， ； r = r2 = 5.00cm，ln r2= 1.609， vr=v2 =0时， vr / v1 =0。 ， ， 时 。 由此可过点（ 和点（ 的作出理论直线。 由此可过点（-0.693, 1)和点（1.609, 0)的作出理论直线。 和点 的作出理论直线 比较实验直线与理论直线的重合程度， 比较实验直线与理论直线的重合程度，分析实验中产生误差 实验直线与理论直线的重合程度 原因。 原因。
( r1 ≤ r ≤ r2 )
同轴圆筒电极间的 稳流场中电势分布： 稳流场中电势分布：
r2 ln r V Vr = 1 r2 ln r1
( r1 ≤ r ≤ r2 )
由以上证明可以看出： 由以上证明可以看出：静电场中的电势分布与稳流场中的电势 电势 分布是相同的,所以电场强度也相同.这就是我们用稳恒电流场 分布是相同的 来模拟静电场的理论依据。
一、实验目的
1．了解模拟法描绘静电场的原理，学会用模拟法描绘静电场。 2．加深对静电场性质（电场强度、电势等）的理解。
二、实验原理 1、模拟法：在实验中，以相似理论为基础，模仿实际情况， 、模拟法：
制造一个与研究对象的物理现象或过程相似的模型，使现象重 现、延缓或加速等来进行研究和测量，这种方法称为模拟法。 模拟法。 模拟法 模拟法可分为物理模拟和数学模拟 物理模拟和数学模拟两类。 物理模拟和数学模拟 a. 物理模拟法 物理模拟法就是使人为制造的模型与实际研究对象保持相 相 同的物理本质的模拟。例如，为研究新型飞机在空中高速飞行 同的物理本质
模拟法描绘静电场
Vr（V）
ri(cm)
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
i 1 2 3 4 5 6 7 8
r (cm)
ln r Vr V1
【实验数据处理】
1. 在坐标纸上做出V V ~ ln r 实验曲线（应为直线） r1
大学物理实验报告
【实验题目】 模拟法描绘静电场
班级
Hale Waihona Puke 姓名学号教师姓名上课日期 2015 年 月 日 教室
座位号
（以上信息请根据网络选课页面填写完整。） 任课教师签字：
最终成绩：
【预习要点】 1. 何为电场分布的模拟实验法，它与电场分布的解析法相比各适用于何种情况？ 2. 用稳恒电流场来模拟静电场的理论。 3. 真空中柱状电容器的计算规律。 4. 同轴圆筒电极间的稳流场的计算规律。 5. 为什么在测量时要用内阻 Rg 较大的电压表。（思考题 1） 【实验目的】
学号
【实验仪器】（强调：本实验需要学生自带①长度>15cm 的一把直尺②长宽各大于 20cm 的坐标纸） 【实验内容】
警示：严禁抄袭，雷同卷均判零分。
2/ 4
【实验题目】 模拟法描绘静电场
班级
姓名
学号
【注意事项】 学生连线后，务必请老师检查电路，正确无误后，方可接通电源。 【实验原始数据】（只对同轴圆筒电极）
3/ 4
【实验题目】 模拟法描绘静电场
【思考题】（见课本） 1. （必做）
班级
2. （选作）
【实验拓展】（可展开联想）
【实验小结】 1. 心得体会（必做）
用模拟法描绘静电场实验报告
用模拟法描绘静电场实验报告用模拟法描绘静电场实验报告静电场是物理学中非常重要的一个概念，它描述了电荷之间相互作用的力场。
为了更好地理解和研究静电场，我们进行了一系列的实验，通过模拟法描绘了静电场的特性和行为。
本实验旨在通过模拟法的手段，以一种直观的方式展示静电场的形态和性质。
实验材料和仪器包括：一块平面金属板、一根绝缘杆、一些带电体（如塑料棒或橡皮棒）、一台静电电源、一些细线和一些小球。
实验一：带电体的静电场首先，我们将一个带正电的塑料棒放置在金属板上。
观察到，金属板上的自由电子受到塑料棒的吸引，聚集在棒的附近，形成了一个电子云。
而金属板上的正电离子则被塑料棒排斥，聚集在金属板的远离塑料棒的一侧。
这样，我们可以看到在金属板上形成了一个静电场，其中电子云的密度较高，而正电离子的密度较低。
接下来，我们用一根绝缘杆将带正电的塑料棒移开。
观察到，金属板上的电子云和正电离子重新平均分布，消除了静电场。
这说明，静电场的形成和存在是由于带电体的存在和作用。
实验二：静电场的力线为了更直观地观察静电场，我们将一些细线固定在金属板上，然后将小球用细线悬挂在细线的末端。
将带正电的塑料棒靠近小球，观察到小球受到塑料棒的吸引，偏离了竖直方向。
这表明，静电场中存在着电场力，它使得带电体和带电粒子之间发生相互作用。
我们可以通过将小球在静电场中的运动轨迹连接起来，得到一系列的力线。
这些力线从带正电的塑料棒开始，向外辐射，形成了一个以塑料棒为中心的电场。
力线越靠近塑料棒，表示电场的强度越大；力线越稀疏，表示电场的强度越弱。
实验三：静电场的电势为了进一步了解静电场的性质，我们使用了一台静电电源。
首先，我们将金属板接地，然后将带正电的塑料棒靠近金属板。
观察到，金属板上的电子云和正电离子重新分布，形成了一个静电场。
接下来，我们用一个带有指示器的电势计测量了不同位置的电势。
实验结果显示，距离塑料棒越远的位置，电势越低；而距离塑料棒越近的位置，电势越高。
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。
《物理实验》模拟法测绘静电场-精品文档
V
r
实 验
为纵坐标，标出6个点（理论上在一条
直线上），作出一条直线； (3) 在数据记录纸上描绘等势面和电场线 （二者相交处互相垂直）。（参阅《大学 物理》上册P191）
2. 测两圆柱形电极的等势面（即两长直平行
导线的静电场分布），分别测0、1、2、3、4、5、 6、7、8v各8个点，在数据记录纸上描绘等势面和 电场线。 （参阅《大学物理》上册P191）
所谓模拟法，就是通过一定的方法模仿实际情况 进行测量的方法，其特点是仿造一个电场（称为模 拟场），使之与待测的静电场完全一致，且两个电 场相对电势函数相等。例如，
Vr 同轴柱面静电场的电势函数为 V 1
rb ln V r r 定电流场的电势函数为 V = ，而且当用探针测 r 1 ln b ra
rb r = r b ，而恒 ln ra ln
模拟法测绘静电场
实验目的 1. 学会用模拟方法测绘具有相同数学形式 的物理场； 2. 描绘出分布曲线及场量的分布特点； 3. 加深对各物理场概念的理解； 4. 初步学会用模拟法测量和研究二维静电 场。 实验仪器 GVZ-3型导电微晶静电场描绘仪（包括导 电微晶、双层固定支架、同步探针等）。
实验原理
正极
负极
电源
0v，内边缘 2v
4v
6v 8v
10v，外边缘
表1
V实验 （ v)
测量同轴柱面形电极的等势面 0 2 4 6 8 10
r (mm) rb ln r
rb r V 理 论 (r ) = V0 r ln b ra ln
相对误差 E= V理论 - V实验 V实验 ×100%
依据数据记录纸上所测数据点， (1) 完成表1； (2) 在直角坐标纸上，以 l n r b 为横坐标，
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。
用模拟法描绘静电场实验报告
一、实验目的1. 理解模拟法在静电场描绘中的应用原理。
2. 掌握使用模拟法描绘静电场等势线和电场线的方法。
3. 深入理解电场强度和电势的概念。
二、实验原理静电场是由电荷产生的，其电场强度E和电势U是描述静电场的重要物理量。
在静电场中，等势线是指电势相等的点的连线，而电场线则是表示电场强度方向的曲线。
在实验中，由于直接测量静电场存在困难，我们采用模拟法来描绘静电场。
模拟法的基本原理是：在静电场中，等势线与电场线处处正交，且电场强度E等于电势U的梯度。
通过模拟实验，我们可以得到电势分布，进而绘制出等势线和电场线。
三、实验仪器1. 静电场描绘仪2. 模拟装置（同轴电缆和电子枪聚焦电极）3. 万用电表4. 坐标纸四、实验步骤1. 将静电场描绘仪的电源打开，调节电压为实验要求之值。
2. 将模拟装置（同轴电缆和电子枪聚焦电极）放置在静电场描绘仪的水盘中。
3. 将坐标纸放置在静电场描绘仪的上层，调整坐标纸位置，使电极位于坐标纸上。
4. 使用万用电表测量模拟装置上各点的电势，记录数据。
5. 根据记录的数据，在坐标纸上绘制等势线和电场线。
6. 对比实际静电场和模拟静电场，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 在实验中，我们得到了模拟静电场的等势线和电场线，通过对比实际静电场，发现模拟静电场与实际静电场具有相似的电场分布。
2. 通过实验，我们加深了对电场强度和电势概念的理解，掌握了使用模拟法描绘静电场的方法。
六、实验结论1. 模拟法是一种有效的方法，可以用来描绘静电场。
2. 通过模拟法，我们可以更好地理解电场强度和电势的概念。
3. 实验结果表明，模拟静电场与实际静电场具有相似的电场分布。
七、实验注意事项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，避免电压过高造成设备损坏。
3. 测量电势时，要确保万用电表准确，避免误差。
4. 绘制等势线和电场线时，要注意线条的平滑和清晰。
八、实验总结本次实验通过模拟法描绘静电场，让我们对静电场有了更深入的了解。
用模拟法描绘静电场实验报告
用模拟法描绘静电场实验报告用模拟法描绘静电场实验报告引言：静电场是物理学中一个重要的概念，它在我们日常生活中无处不在。
为了更好地理解静电场的特性和行为，本实验采用模拟法来描绘静电场的实验过程和结果。
通过模拟法，我们可以直观地观察和理解静电场的形成和作用。
实验目的：通过模拟法描绘静电场的实验过程和结果，深入理解静电场的特性和行为。
实验材料和仪器：1. 模拟实验平台：使用一块平整的塑料板作为模拟实验平台。
2. 电荷模型：使用小球代表正电荷和负电荷，通过小球的颜色区分正负电荷。
3. 电荷导线：使用细金属丝作为电荷导线，连接各个电荷模型。
实验步骤：1. 准备工作：将模拟实验平台放置在平整的桌面上，确保无干扰的环境。
2. 电荷分布：在模拟实验平台上放置正负电荷模型，通过电荷导线连接它们。
可以选择不同数量和位置的电荷模型，以观察不同情况下静电场的变化。
3. 实验观察：观察电荷模型之间的相互作用和电场的分布情况。
可以使用小球之间的排斥或吸引关系来判断电荷的正负性，进而描绘出电场的分布情况。
4. 实验记录：使用纸笔记录每个电荷模型的位置、颜色和电荷性质，以及电场的分布情况。
实验结果：通过模拟实验，我们可以观察到以下几个重要的实验结果：1. 电荷模型之间的排斥和吸引：当正电荷和正电荷相邻时，它们会相互排斥；当正电荷和负电荷相邻时，它们会相互吸引。
2. 电场的分布：电荷模型周围形成电场，电场的强度和方向取决于电荷的性质和位置。
电场线从正电荷出发，指向负电荷。
3. 电场的强度：电场的强度与电荷之间的距离成反比，与电荷数量成正比。
电场的强度越大，电荷之间的相互作用越明显。
实验讨论：通过模拟法描绘静电场的实验过程和结果，我们更深入地理解了静电场的特性和行为。
在实验中，我们可以通过调整电荷模型的数量和位置来观察电场的变化，进而比较不同情况下的电场分布情况。
通过实验观察和记录，我们可以得出一些有关静电场的重要结论。
实验结论：1. 静电场是由电荷模型产生的，正电荷和负电荷之间会相互作用。
[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](https://img.taocdn.com/s3/m/8eb52c506d175f0e7cd184254b35eefdc8d31528.png)
[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。
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。
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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
2
E
r
τ
πε
=。
图1
两筒之间的电位差为
00
ln
22
b b
a b
a a
b
V V Edr dr
r a
ττ
πεπε
-===
⎰⎰。
若外筒接地，V b=0，则
ln
2
a
b
V
a
τ
πε
=(1) 两筒之间任一点离轴心为r处的电位V r为
ln
2
r
a r
a
r
V V Edr
a
τ
πε
-==
⎰(2)
即
000
ln(ln ln)ln
222
r a
r b r b
V V
a a a r
τττ
πεπεπε
=-=-=(3)
将(3)式除以(1)式得
ln
ln r a b
V 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2
ln
ln (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。
难点：静电场的测绘方法。
实验内容提要 1. 准备一张白纸：折出八条对称辐射线； 2. 校正电源： 调节“电压-调节”旋钮到所需的工作电压10.00V ； 3. 在白纸上描出7.00V 、5.00V 、3.00V 和1.00V 的等位点，每
等位点不得少于8个点；
4. 据电力线与等位线相互垂直的特点，画出电力线。
测量与数据处理
要求 1. 每条等位线上的8个点，是否尽量均匀分布； 2. 不同的等位线，是否形成同心圆；
3. 电力线的始末端：是否从内电极指向外电极。
思考题1. 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？
2. 测量电场产生畸变，试分析其原因。
参考资料《大学物理实验》——马靖马宋设施洋主编《大学物理实验指导》——丁道滢陈之前编《物理实验教程》——丁慎训张连芳主编《大学物理实验》——霍剑青吴泳华等主编
评分标准一、预习及操作评分：
预习部分：20分
操作：80分
1 . 实验时能否脱离讲义或稍看讲义，独立完成；
2.是否遵守操作规程，探针使用方法是否正确，实验中仪器操作是否熟练，完成实验所需是否较短；
3. 是否能主动排除故障，对发生的问题能进行正确的分析判断；
4. 读数(有效数字、单位)、记录是否正确。
测得的数据与理论值是否较接近。
符合以下任一条，按不及格处理：
1. 违反操作规程, 而使仪器器件损坏；
2. 弄虚作假；
3. 在规定时间内未完成实验要求。
二、实验报告评分标准
1.预习部分（30分）
(1) 实验目的：5分
(2) 实验仪器：5分
(3) 实验原理：20分（包括文字，公式，图形）
2.作图（20分）
(1)等位线：10分
(2)电力线：10分（包括内外电极，方向，电力线始末）
3.数据处理（30分）：
内电极直径：2分；外电极直径：2分；
a
V：2分；
表格（共24分）：共8格，每格3分
4.回答问题（20分）：
最后一空：5分；其余5空：各3分。