实验十四 静电场的模拟测绘
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14 用模拟法测绘静电场对于带电导体（电极）在其周围空间形成的静电场，一般情况下，由于电极本身的形状各式各样（规则和不规则），所以在周围空间中的电场强度和电势的分布很难用函数关系式来表述。
因此一般通过实验来测绘。
但是静电场有一非常显著的特性，它对于置于场中的导体（测量仪器、探针）会产生静电感应现象，那么导体的电荷在静电场力的作用下就要重新分布，导体激发的附加电场与原电场叠加就引起原静电场的显著畸变。
为了相对准确的测量，在对静电场研究的过程中发现可以用稳恒电流场来代替静电场进行间接测量，从而相对准确地得到了电场强度和电势的关系。
[实验目的]1．通过模拟法的描述进一步掌握静电场的分布。
2．通过测量，进一步加强对电场强度和电势概念的理解。
3．掌握电场强度与电势的微分关系。
[实验原理]模拟法的本质是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的状态或过程，只要这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，并且这些物理量在两状态或过程下满足基本相同的数学方程。
在模拟法中一般所测量的物理量不是我们直接所要研究的对象，要使两个物理量相互对应，必须要满足一定的相似条件。
在本实验中，稳恒电流场和被模拟的静电场实现模拟的条件为：（1）两个场中的电极形状必须相同或相似，且在场中的位置相同；（2）电流场中的电极的电导率必须远大于导电介质的电导率，以保证电极可近似地视为等势体。
一般电极选用金属（铜或铁）制成，导电介质选用蒸馏水、导电纸（纸上涂有一薄层导电石墨）或其它一些电导率非常小的导电介质；（3）对于真空或空气中的静电场，必须要求电流场中的导电介质为均匀介质，即电导率处处相等。
如图1（a ）所示，在真空中有一半径为的长圆柱体（电极）r a A 和一内半径为的长圆筒导体（电极）B ，两电极同轴。
设电极r b A 、B 的电势分别为U 和U ，且（接地），各带等量异号电荷，在两极间产生静电场。
由静电场的高斯定理可求得在距轴线为A B 0=U B r 处任一点电势U 为： r ab b A r r r r r U U ln /ln =（1）（a ） （b ）图1 无限长同轴圆柱面的电场可见，两极之间产生的静电场的等势面是同轴的圆柱面。
工作报告-用模拟法测绘静电场实验报告!!
工作报告-用模拟法测绘静电场实验报告!!
静电场实验报告
本次实验的目的是采用模拟方法测绘静电场的形状。
静电场是由静电荷所产生的力引起的电势场，它可以反映静电荷的特征。
在本次实验中，我们运用了一个专门的设备，模拟静电荷分布在空间上的形状，并进行相应的测绘。
实验操作详细步骤：
1、将静电场模拟仪置于平台上，并打开电源。
2、在模拟仪前几级区域放置电极，根据要求设定电压。
3、将探测电笔放到电极上，让它与模拟仪产生电压，引起静电场的变化。
4、测绘在模拟仪的前后区域，反复搜集数据，逐步拟定静电场的波型。
5、根据测绘结果，绘制电势场曲线，分析静电场表面特征。
实验测试结果：
从本次实验结果中，发现静电场的波型呈现出明显的双峰型，电势场的表面上有一个负电荷和一个正电荷，它们处在不同的深度位置上，随着电压的升高，静电场的波型也逐渐变得越来越平缓，总的来说，表现出一个微小的环形波。
实验十四-静电场的模拟测绘
实验十四 静电场的模拟测绘实验目的1．学会用模拟法测绘静电场。
2．加深对电场强度和电位概念的理解。
实验器材静电场描绘仪，静电场描绘仪信号源（或稳压电源、电压表），滑线变阻器，万用电表、坐标纸等。
实验原理带电体的周围存在静电场，场的分布是由电荷的分布。
带电体的几何形状及周围介质所决定的。
由于带电体的形状复杂，大多数情况求不出电场分布的解析解，因此只能靠数值解法求出或用实验方法测出电场分布。
直接用电压表法去测量静电场的电位分布往往是困难的，因为静电场中没有电流，磁电式电表不会偏转；另外由于与仪器相接的探测头本身总是导体或电介质，若将其放入静电场中，探测头上会产生感应电荷或束缚电荷。
由于这些电荷又产生电场，与被测静电场迭加起来，使被测电场产生显著的畸变。
因此，实验时一般采用间接的测量方法（即模拟法）来解决。
1．用稳恒电流场模拟静电场模拟法本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的物理状态或过程，它要求这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，而且这些物理量在两种状态或过程中满足数学形式基本相同的方程及边界条件。
本实验是用便于测量的稳恒电流场来模拟不便测量的静电场，这是因为这两种场可以用两组对应的物理量来描述，并且这两组物理量在一定条件下遵循着数学形式相同的物理规律。
例如对于静电场，电场强度E 在无源区域内满足以下积分关系⎰⎰=⋅Sd 0S E （14－1）⎰=⋅ld 0l E （14－2）对于稳恒电流场，电流密度矢量j 在无源区域中也满足类似的积分关系⎰⎰=⋅Sd 0S j （14－3）⎰=⋅ld 0l j （14－4）在边界条件相同时，二者的解是相同的。
当采用稳恒电流场来模拟研究静电场时，还必须注意以下使用条件。
（1）稳恒电流场中的导电质分布必须相应于静电场中的介质分布。
具体地说，如果被模拟的是真空或空气中的静电场，则要求电流场中的导电质应是均匀分布的，即导电质中各处的电阻率ρ必须相等；如果被模拟的静电场中的介质不是均匀分布的，则电流场中的导电质应有相应的电阻分布。
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!!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，在实验中掌握静电学原理。
实验仪器：静电场模拟仪、导电笔、示波器等。
实验原理：静电场是指由电荷引起的空间中的电场。
通过模拟法可以在模拟器上模拟出各种不同的电荷分布情况，并通过导电笔和示波器测量出静电场强度分布情况。
实验步骤：1. 按照实验指导书要求连接仪器，并打开静电场模拟仪。
2. 将导电笔插入示波器的X轴通道，将静电场模拟仪输出端口接到Y轴通道上。
3. 在静电场模拟仪上设置电荷分布情况，如单个点电荷、线电荷、平面电荷等，同时观察导电笔示波器上显示的曲线。
4. 更改模拟器上的电荷分布情况，连续多次测量并记录静电场强度分布情况。
5. 汇总所有数据并进行分析，得出实验结果。
实验结果和分析：通过对静电场的模拟实验，得出不同电荷分布情况下静电场强度分布的变化规律。
在线电荷以及平面电荷的情况下，静电场强度的变化呈现出明显的对称性。
单点电荷情况下，静电场呈现出单极性，并且与距离的平方成反比关系。
在实现掌握静电学原理的同时，也通过实验得出了一些静电场强度的变化规律，为今后的科技研究提供了理论基础。
实验结论：通过模拟法测绘静电场实验，掌握了静电学原理，并且了解了电荷分布情况对静电场强度的影响。
同时，也得出了静电场强度的变化规律，为今后的科技研究提供了理论基础。
参考文献：[1] 唐诗怀. 静电场模拟仪实验研究[J]. 现代电子技术, 2015(1): 83-85.[2] 王志勇. 变电工程中静电场的模拟研究[J]. 电力学报, 2014, 29(10): 2386-2392.。
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。
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。
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%。
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。
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。
(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
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。
[精编]用模拟法测绘静电场实验报告
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[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。
模拟法测绘静电场实验报告
模拟法测绘静电场实验报告模拟法测绘静电场实验报告引言：静电场是物理学中的重要概念之一，它在现代科技和生活中有着广泛的应用。
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测绘静电场的实验。
本实验旨在通过模拟法测绘电场线和等势线，探究静电场的分布规律，并进一步加深对静电场的理解。
实验目的：1. 通过模拟法测绘电场线和等势线，研究静电场的分布规律。
2. 探究不同电荷分布情况对静电场的影响。
实验材料和仪器：1. 电荷模拟器：用于模拟电荷分布情况。
2. 静电场测绘仪：用于测量电场强度。
3. 电位差计：用于测量电位差。
4. 导线、电源等。
实验步骤：1. 搭建实验装置：将电荷模拟器放置在平面上，连接静电场测绘仪和电位差计。
2. 调整电荷模拟器：根据实验要求，设置电荷的分布情况，例如正电荷和负电荷的位置和数量。
3. 测量电场强度：通过静电场测绘仪测量不同位置的电场强度，并记录数据。
4. 测量电位差：利用电位差计测量不同位置的电位差，并记录数据。
5. 绘制电场线和等势线：根据测量数据，使用合适的比例尺和工具，绘制电场线和等势线。
6. 分析实验结果：观察电场线和等势线的分布情况，分析不同电荷分布情况对静电场的影响。
实验结果：通过实验，我们得到了一组电场线和等势线的分布图。
观察图像可以发现，电场线从正电荷指向负电荷，且越靠近电荷，电场线越密集。
而等势线则与电场线垂直相交，并且等势线的间距越近，电势差越大。
讨论与分析：根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 电场线和等势线的分布图形状与电荷的分布情况密切相关。
当正负电荷的数量和位置发生变化时，电场线和等势线的分布也会相应变化。
2. 电场线表示了电场的方向，而等势线表示了电势的大小。
电场线和等势线的交替分布形成了静电场的特征。
3. 静电场的分布受到电荷的数量、位置和性质的影响。
正电荷和负电荷之间的相互作用会导致电场的分布不均匀。
结论：通过模拟法测绘静电场的实验，我们深入了解了静电场的特性和分布规律。
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实验十四 静电场的模拟测绘
实验目的
1．学会用模拟法测绘静电场。
2．加深对电场强度和电位概念的理解。
实验器材
静电场描绘仪，静电场描绘仪信号源（或稳压电源、电压表），滑线变阻器，万用电表、坐标纸等。
实验原理
带电体的周围存在静电场，场的分布是由电荷的分布。
带电体的几何形状及周围介质所决定的。
由于带电体的形状复杂，大多数情况求不出电场分布的解析解，因此只能靠数值解法求出或用实验方法测出电场分布。
直接用电压表法去测量静电场的电位分布往往是困难的，因为静电场中没有电流，磁电式电表不会偏转；另外由于与仪器相接的探测头本身总是导体或电介质，若将其放入静电场中，探测头上会产生感应电荷或束缚电荷。
由于这些电荷又产生电场，与被测静电场迭加起来，使被测电场产生显著的畸变。
因此，实验时一般采用间接的测量方法（即模拟法）来解决。
1．用稳恒电流场模拟静电场
模拟法本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的物理状态或过程，它要求这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，而且这些物理量在两种状态或过程中满足数学形式基本相同的方程及边界条件。
本实验是用便于测量的稳恒电流场来模拟不便测量的静电场，这是因为这两种场可以用两组对应的物理量来描述，并且这两组物理量在一定条件下遵循着数学形式相同的物理规律。
例如对于静电场，电场强度E 在无源区域内满足以下积分关系
⎰⎰=⋅S
d 0S E （14－1）
⎰=⋅l
d 0l E （14－2）
对于稳恒电流场，电流密度矢量j 在无源区域中也满足类似的积分关系
⎰⎰=⋅S
d 0S j （14－3）
⎰
=⋅l
d 0l j （14－4）
在边界条件相同时，二者的解是相同的。
当采用稳恒电流场来模拟研究静电场时，还必须注意以下使用条件。
（1）稳恒电流场中的导电质分布必须相应于静电场中的介质分布。
具体地说，如果被模拟的是真空或空气中的静电场，则要求电流场中的导电质应是均匀分布的，即导电质中各处的电阻率ρ必须相等；如果被模拟的静电场中的介质不是均匀分布的，则电流场中的导电质应有相应的电阻分布。
（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14－1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V a ，外圆环的内半径为b ，电位为V b ，则两极间电场中距离轴心为r 处的电位V r 可表示为
⎰-=r
a a r Edr V V （14－5）
又根据高斯定理，则圆柱内r 点的场强
E ＝K ／r (当a ＜r ＜b 时) （14－6） 式中K 由圆柱体上线电荷密度决定。
将（14－6）代入（14－5）式
a
r K V dr r K V V a r
a
a r ln -=-=⎰
（14－7）
在r ＝b 处应有
a
b K V V a b ln -=
所以
)ln(a b V V K b a -= （14－8）
如果取V a ＝V 0，V b ＝0，将（14－8）式代入（14－7）式，得到
)
ln()(ln 0a b r b V V r = （14－9）
式（14－9）表明，两圆柱面间的等位面是同轴的圆柱面。
用模拟法可以验证这一理论计算的结果。
当电极接上交流电时，产生交流电场的瞬时值是随时间变化的，但交流电压的有效值与直流电压是等效的，所以在交流电场中用交流毫伏表测量有效值的等位线与在直流电场中测量同值的等位线，其效果和位置完全相同。
3．静电场描绘仪
如图14-2所示，双层静电场测试仪分为上下两层。
上层是用来卡放描绘等势点的坐标纸的，下层的胶木上可安装电极系统，探针也分为上下两个，由手柄连接起来，两探针保证在同一铅垂线上。
移动手柄时，上探针在上层坐标纸上的运动和下探针在导电纸中的运动轨迹是一样的。
下探针的针尖较圆滑，靠弹簧片的作用始终保证与导电纸接触良好。
上探针则较尖，实验中，移动手柄由电压表的示数找到所要的等势点时，压下上探针在坐标纸上扎一小孔便记下了导电纸中的位置完全相应的等电势点。
实验步骤
(一)清点仪器
1.电源( )
2.滑线变阻器( )
3.伏特表( )
4.检流计( )
5.电阻箱( )
6.开关( )
7.导线
(二)按测量线路安置仪器并联接电路
图14－3为实验电路，电源取直流稳压电源，经滑线变阻器R分压为实验所需要的两电极之间的电压值。
V表可用伏特表、万用表或数字万用表。
R P用ZX21型电阻箱。
为保护检
最小；检查两个电表的零点，若不指零，应流计G，R P初始时取为0Ω，R取值应使U
AC
调节零点旋纽；
(三)测量
下面分别测绘各电极电场中的等电位点。
1．长直同轴圆柱面电极间的电场分布
（1）把导电纸固定在双层静电场测绘仪的下层。
（2）按图14－3接好电路，V表及测量指针（探针）联合使用。
（3）把坐标纸放在静电场测绘仪的上层夹好，旋紧四个压片螺钉旋钮。
在坐标纸上确定电极的位置，测量并记录内电极的外径及外电极的内径。
（4）调节静电场描绘仪信号源输出电压，使两电极间的电位差V0为6.00V。
（5）调节R使电压表输出1．00V电压。
移动探针座使探针在导电纸上缓慢移动，当检流计指零后逐渐增大R P，使检流计再次指零，直到R P至少为1000Ω，此时即为1．００V 等位点，按一下坐标纸上的探针，便在坐标纸上记下了其电位值与电压表的示值相等的点的
（6）测量电位差为1V、2V、3V、4V和5V的五条等位线，每条等位线测等位点不得少于8个。
2．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14－
4所示的就是其电场分布。
能过此实验，可
了解静电透镜的聚焦作用，加深对阴极射线
示波管的理解。
参照实验内容1按实验室要
求测出若干条等位线。
(四)列数据表格
内电极半径ｒ0 ＝cm，外电极半径R
0＝cm，U
＝V
1．内容1：用圆规找到圆心，将等位点连成等位线，量出每条等势线的半径ｒ。
内容２：将等位点连成等位线
2．根据电力线与等位线垂直的特点，画出被模拟空间的电力线。
3．测量出长直同轴圆柱面电极间的电场分布图中每条等位线的直径，按（１4－9）式计算出每条等位线的电位值，然后与测量电位值（理论值）比较，计算相对误差并列出表格。
注意事项
1．实验时探针应轻拿轻放，以免划破导电纸。
2．电极、探针应与导线保持良好的接触，上探针应尽量与坐标纸面垂直。
3．探针切勿触碰电极，以免损坏检流计。
思考讨论
1．用模拟法测的电位分布是否与静电场的电位分布一样。
2．如果实验时电源的输出电压不够稳定，那么是否会改变电力线和等位线的分布？为什么？
3．试从你测绘的等位线和电力线分布图，分析何处的电场强度较强？何处的电场强度
4．试从长直同轴圆柱面电极间导电介质的电阻分布规律和从欧姆定律出发，证明它的电位分布有与（１4－9）式相同的形式。