静电场模拟实验指导
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。
静电场的模拟实验报告
实验二静电场的描绘【目的与任务】1、理解用模拟法描绘静电场的原理和方法；2、学会用模拟法描绘静电场的等势线和电场线；3、定性说明同轴圆柱面和带电直导线电流场的特点及其应用。
【仪器与设备】静电场描绘仪（西安教学仪器厂生产），万用电表，坐标纸等。
仪器简介：1、交流电源交流电源输出电压在0～10V之间连续可调，最大输出电流l A。
实验时将输出电压调节到实验要求之值。
2、静电场描绘仪图1 静电场描绘仪静电场描绘仪如图1所示，支架采用双层式结构，下层放置水盘和电极，上层安放坐标纸。
P是测量探针，用于在水中测量各点的电势，P′是与P联动的记录探针，可将P在水中测得的各电势点通过按下指针P′在坐标纸上打出印迹，同步地记录在坐标纸上。
由于P、P′是固定在同一探针架上的，所以两者绘出的图形完全相同。
3、模拟电极可提供两点电荷(平行输电线)，同轴柱面(同轴电缆)，聚焦电极三种模拟电极。
【原理与方法】1、直接测量静电场的困难带电体在周围空间产生的静电场，可用电场强度E或电势U的空间分布来描述。
一般情况下，可从已知的电荷分布，用静电场方程求出其对应的电场分布，但对较复杂的电荷分布，如电子管、示波管、电子显微镜、加速器等电极系统，数学处理上十分困难，因而总是希望用实验方法直接测量。
但是，直接测量静电场往往很困难。
因为，首先静电场中无电流，不能使用磁电式仪表，而只能使用较复杂的静电仪表和相应的测量方法；其次，探测装置必须是导体或电介质，一旦放入静电场中，将会产生感应电荷或极化电荷，使原电场发生改变，影响测量结果的准确性。
若用相似的电流场来模拟静电场，则可从电流场得到对应的静电场的具体分布。
2、用稳恒电流场模拟静电场的可行性如果两种物理现象在一定条件下满足同一形式的数学规律，则可将对其中某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。
模拟法本质上就是利用几何形状和物理规律在形式上相似的原理，把不便于直接测量的物理量在相似条件下间接地实现。
静电场模拟实验报告
一、实验目的1. 理解模拟法描绘静电场的原理和方法。
2. 学会使用模拟法描绘静电场的等势线和电场线。
3. 定性分析同轴圆柱面和带电直导线电流场的特点及其应用。
二、实验原理静电场是由静止电荷产生的电场，其特性可用电场强度E和电势U来描述。
在复杂电荷分布的情况下，直接测量静电场较为困难。
模拟法是一种有效的间接测量方法，通过使用模拟电极和导电介质来模拟实际静电场，从而描绘出等势线和电场线。
三、实验仪器与设备1. 静电场描绘仪（西安教学仪器厂生产）2. 万用电表3. 坐标纸4. 模拟电极（两点电荷、同轴柱面、聚焦电极）四、实验步骤1. 搭建实验装置：将静电场描绘仪的电极插入水盘中，确保电极与水面充分接触。
将坐标纸固定在描绘仪的上层支架上。
2. 调节电压：根据实验要求，调节交流电源的输出电压至所需值。
3. 选择模拟电极：根据实验目的选择合适的模拟电极（如两点电荷、同轴柱面、聚焦电极）。
4. 放置模拟电极：将模拟电极放置在水盘中，确保电极与水面充分接触。
5. 测量电势：使用测量探针（P）在水中测量各点的电势。
6. 记录数据：使用记录探针（P'）将P在水中测得的各电势点通过按下指针P在坐标纸上打出印迹，同步地记录在坐标纸上。
7. 绘制等势线和电场线：根据记录的数据，绘制等势线和电场线。
五、实验结果与分析1. 等势线：通过实验，我们成功绘制出了模拟电极周围的等势线。
等势线是电势相等的点的连线，它们相互平行，间距与电势差成正比。
2. 电场线：根据等势线，我们可以绘制出电场线。
电场线是从正电荷指向负电荷的曲线，其方向与电场强度方向一致。
3. 同轴圆柱面和带电直导线电流场：通过改变模拟电极，我们成功模拟了同轴圆柱面和带电直导线电流场。
同轴圆柱面电场的等势线为同心圆，电场线为径向线；带电直导线电流场的等势线为垂直于导线的直线，电场线为从导线向外辐射的直线。
六、实验结论1. 模拟法是一种有效的间接测量静电场的方法，可以用于描绘静电场的等势线和电场线。
模拟法测静电场示范实验报告
模拟法测静电场示范实验报告————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验七:模拟法测静电场 示范实验报告【实验目的】1． 理解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】YJ-MJ-Ⅲ型激光描点模拟静电场描绘仪、白纸、夹子 【实验原理】直接测量静电场，是非常困难的，因为：① 静电场是没有电流的，测量静电场中各点的电势需要静电式仪表。
而教学实验室只有磁电式仪表。
任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，所以想利用磁电式电压表直接测定静电场中各点的电势，是不可能的。
② 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，会使场源电荷的分布发生变化。
人们在实践中发现：两个物理量之间，只要具有相同的物理模型或相同的数学表达式，就可以用一个物理量去定量或定性地去模拟另一个物理量，这种测量方法称为模拟法。
本实验用稳恒电流场模拟静电场进行测量。
从电磁学理论知道，稳恒电流场与静电场满足相同的场方程： 0E dl •=⎰ （静电场的环路定理）， 0E dS •=⎰⎰（闭合面内无电荷时静电场的高斯定理）； 0j dl •=⎰（由⎰=•0l d E，得⎰=•0l d E σ，又E j σ=，故⎰=•0l d j ），0j ds •=⎰⎰（电流场的稳恒条件）； 如果二者有相同的边界条件，则场分布必定相同，故可用稳恒电流场模拟静电场。
1．长直同轴圆柱面电极间的电场分布在真空中有一个半径为r 0的长圆柱导体A 和一个内半径为R0的长圆筒导体B ，其中心轴重合且均匀带电，设A 、B 各带等量异种电荷，沿轴线每单位长度上内外柱面各带电荷σ+和σ-(即电荷线密度)，它们在A 、B 之间形成静电场。
模拟静电场实验报告
模拟静电场实验报告实验目的，通过模拟静电场实验，观察静电场的基本性质，探究静电场的产生和影响规律。
实验器材，带有正负极的静电棒、金属小球、绝缘支架、电压计、导线等。
实验原理，静电场是由电荷产生的，当带有正负电荷的物体相互作用时，会产生静电场。
在静电场中，正电荷和负电荷之间会受到电力的作用，从而产生电场力。
实验中，我们可以利用静电棒带电，然后观察静电场对金属小球的作用，通过测量电压计的读数，来了解静电场的强度和分布情况。
实验步骤：1. 将绝缘支架放置在实验台上，确保支架稳固。
2. 将金属小球固定在支架上，保证小球的位置不变。
3. 使用导线连接静电棒和电压计，确保电路连接正确。
4. 将静电棒带电，然后将其靠近金属小球，观察小球的反应并记录下来。
5. 测量电压计的读数，记录下静电场的强度。
实验结果与分析：通过实验观察和数据记录，我们发现当静电棒带正电时，金属小球会受到排斥力，而当静电棒带负电时，金属小球会受到吸引力。
这表明静电场对带电物体有排斥和吸引的作用，且作用力的大小与电荷量成正比。
另外，我们还发现静电场的强度随着距离的增加而减小，这与静电场的基本规律相符。
结论：通过本次实验，我们深入了解了静电场的基本性质和产生规律。
静电场是由电荷产生的，对带电物体有排斥和吸引的作用，且作用力的大小与电荷量成正比。
静电场的强度随着距离的增加而减小。
这些结论对我们进一步研究静电场的特性和应用具有重要意义。
通过本次实验，我们不仅加深了对静电场的理解，还掌握了一些实验操作的技巧。
希望通过今后的实验学习，能够更深入地了解静电场的特性，为将来的科研工作打下坚实的基础。
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。
模拟法测绘静电场实验示范报告
模拟法测绘静电场实验示范报告一、实验目的本实验旨在通过模拟法测绘静电场，深入理解静电场的特性，掌握电场强度、电势等参数的测量方法，培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理静电场是静止电荷产生的电场。
在静电场中，电场强度E和电势Φ是描述电场特性的两个重要物理量。
电场强度E是矢量，其方向与正电荷所受电场力方向相同，单位为V/m或N/C。
电势Φ是标量，表示单位正电荷在静电场中某点所具有的能量，单位为V。
本实验采用模拟法测绘静电场，即将电荷分布等效为已知电势的点源，通过测量各点的电势值，绘制出等效电荷分布图。
同时，利用Matlab等软件进行数据处理和图形绘制。
三、实验步骤1.准备实验器材：导电介质（如金属球、石墨等）、绝缘介质（如云母、玻璃等）、电极、电源、万用表、导线等。
2.搭建实验装置：将导电介质和绝缘介质按照要求放置在实验台上，连接电源和电极，确保电路畅通。
3.测量电势值：将万用表连接到电极上，测量各点的电势值并记录下来。
重复测量多次，取平均值。
4.数据处理：利用Matlab等软件将测量数据绘制成电势分布图和等效电荷分布图。
5.误差分析：根据实验数据和理论值进行比较，分析误差产生的原因。
6.撰写实验报告：整理实验数据，分析结果，得出结论，撰写实验报告。
四、实验结果及分析1.电势分布图（图1）（请在此处插入电势分布图）根据实验数据绘制的电势分布图可以看出，导电介质表面电势较高，而绝缘介质表面电势较低。
这是因为在静电场中，导电介质能够导通电流，使得电荷容易移动并累积在表面；而绝缘介质内部自由电子较少，表面电荷不易移动，因此表面电势较低。
2.等效电荷分布图（图2）（请在此处插入等效电荷分布图）根据实验数据绘制的等效电荷分布图可以看出，导电介质表面有较多的正电荷分布，而绝缘介质表面有较少的正电荷分布。
这是因为在静电场中，正电荷在导电介质表面容易累积，形成类似“正电荷云”的分布；而在绝缘介质表面，正电荷不易移动和累积，因此分布较少。
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。
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。
静电场的模拟指导
静电场的模拟一、实验目的：（1）了解用模拟法测量物理量的原理和方法。
（2）学会用模拟法来研究静电场，掌握准确模拟的实验条件和保证措施。
二、实验原理1．稳恒电流场与静电场的物理相似性条件描述静电场的空间分布可以用电场强度E 和电势V 两个基本量，由于标量在计算和测量上要比矢量简单得多，所以实验中对静电场的研究往往通过电势分布来进行。
然而，既便如此，直接测量静电场分布仍然很困难。
原因有两点：其一，静电场是指对于观察者静止的电场，场区不能有电荷运动，所以不能用伏特计直接测量电势。
其二，当探针放入待测的静电场时，探针上会产生感应电荷,这些电荷产生的电场迭加在原电场上，使原电场发生显著的畸变，测量将失去意义。
实验中为了解决这一困难，常采用以电流场模拟静电场的方法间接达到测量静电场的目的。
如前言所述，为了使稳恒电流场模拟的静电场结果具有实际意义，模拟用的电流场必须具备物理的相似性，即满足以下三个条件：①电流场与静电场存在一一对应的物理量；②对应的物理量满足形式相同的数学方程；③具有形式相同的边值条件。
通过对稳恒电流场和静电场的分析、比较，我们可以清楚的看到：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。
因而只要电流场的边界条件（包括几何条件）与静电相同，便可由微分方程的唯一性定理得知电流场的电压分布与静电场的电势分布为一一对应关系。
以下以同轴电缆为例。
（1）同轴电缆在横截面上的静电场分布。
同轴电缆的截面，设r 1为内柱体半径，r 2为外柱体半径，内、外柱面均匀带电，其线密度分别为＋τ，－τ。
设此时外极板电势为零，内、外电极板间产生的电势差为U 0。
由对称性可知，电力线沿半径呈辐射状，等势面是不同半径的柱面。
由高斯定理可得在两柱面之间任一半径r 处的电势为：)/ln()/ln(12202,12,0r r r r U R R U U r r ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅= (1)（2）同轴电缆在横截面的电流场分布。
实验二、静电场物理模拟
实验二静电场物理模拟一、实验目的要求1．理解物理模拟法的实验原理和应用条件。
2．学习用物理模拟法研究静电场。
3．加深对静电场场强和电位的理解。
二、实验内容1．了解装置电路及实验原理。
2．描绘矩形水槽薄水层中两个点电极产生的二维静电场。
三、实验仪器矩形水槽、坐标纸两张、稳压电源和电压表，模拟电极、导线、固定支架。
四、实验原理理论上讲，如果知道了电荷的分布，就可以确定静电场的分布。
电场既可以用电场强1度E (电力线)来描述，又可以用电势 U (等势面、线)来描述。
由于标量的测量和计算0比矢量简便，因此，人们更愿意用电势来描述电场。
在给定条件下，确定系统静电场分布的方法，一般有解析法﹑数值模拟法和物理模拟法。
解析法只能求解一些简单的问题；数值模拟法，也就是数值计算方法，它能解决一些复杂的问题，虽计算量很大，但在计算机的帮助下，目前已经得到长足的发展，应用很广，数值模拟也有不足之处，对于一些形状比较复杂的带电体或电极周围静电场的分布，求解也非常困难。
模拟法作为一种重要的实验研究方法，它本质上是用一种易于实现﹑便于测量的物理状态或过程来模拟另一种不易实现﹑不便测量的物理状态或过程。
其条件是两种状态或过程有两组一一对应的物理量，并且满足相同形式的数学规律。
由于静电场中不存在电流，一般磁电式仪表，在有电流时才会有反应，因此难以确定静电场的等势线。
由于在一定条件下电介质中的稳恒电流场与静电场服从相同的数学规律，可以用恒定电流的电场模拟静电场。
如接到直流电源两端的小圆柱形电极之间形成的恒定电场，可以用来模拟等量异种电荷之间的静电场。
静电场与稳恒电流场的对应关系为稳 恒 电 流 场极间电流± I1电场强度 E电导率1 1静 电 场导体上的电荷 ±Qt电场强度 E介电常数1 1根据上表中的对应关系可知，要想在实验上用稳恒电流场来模拟静电场，需要满足下 面三个条件：⑴电极系统与导体几何形状相同或相似； ⑵导电质与电介质分布规律相同或相似； ⑶电极的电导率远大于导电质的电导率，以保证电极表面为等势面。
静电场的模拟实验
静电场的模拟【实验目的】（1）了解模拟法测静电场分布的原理和方法。
（2）测绘实验室所给各种形状带电体在空间的静电场分布。
（3）测自己设置的带电体在空间的静电场分布。
（4）学会画等势线和电场线并确定空间任一点的电场强度。
【实验原理】1. 用稳恒电流场模拟静电场用稳恒电流场模拟静电场的基础是它们遵从相同的数学方程，即在均匀介质中，无源区域静电场的电位分布服从拉普斯方程；而在均匀导电介质中，无源区电流场的电位分布也服从拉普斯方程；另外它们还必须有相同的边界条件等。
从实验上看，为满足电流场与被模拟的静电场边界条件等相似或相同的要求，设计实验时就应该满足下列条件：（1）静电场中的带电体与电流场中的电极必须相同或相似，而且在场中的位置也要一致。
（2）被模拟的静电场中带电导体表面是等位面，电流场中的电极也必须是等位面。
如果带电体表面附近的场强或电场线处处与表面垂直，则要求电流场中的电极要用良导体做，电流场中导电介质的电导率要远小于电极导体的电导率，这样电流场中电极附近的场强和电力线才处处垂直于电极表面，因此，一般用电流场模拟静电场时导电介质均采用电导率较小的导电纸或水。
（3）电流场中导电介质的分布必须相对应于静电场中介质的分布，如果模拟的是空气（或真空）中的静电场分布，则电流场中的导电介质也必须均匀分布。
如果被模拟的静电场中介质是非均匀分布的，电流场中导电介质的电导率也要作相应的非均匀分布。
2. 无限长同轴圆柱面形带电体静电场的模拟1）静电场的分布设有一圆柱面形带电体如图3.6.1所示，两同轴圆柱面带有异号电荷，内圆柱面带正电荷，每单位长圆柱面带电量为，内外圆柱面半径分别是a 和b ，外圆柱面接地，内圆柱面电位为V 0，两圆柱面间充满均匀介质。
根据电磁理论可知，两圆柱面间的静电场与z 轴无关，为二维平面场，在两柱面间与z 轴垂直的截面内，电场具有轴对称性，电力线与圆柱面垂直，呈辐射状。
根据高斯定理，在截面内距轴为()r a r b ≤≤的一点P ，其静电场强度为012πr E rλε=⋅ （3.6.1） 圆柱面形带电体 该点的电位 图3.6.1图3.6.2 00d d ln 2π2πb b r r r r b V E r r rλλεε=⋅==⎰⎰ （3.6.2） 两柱面间的电位差为00d ln 2πba b V E r aλε=⋅=⎰ （3.6.3） 由（3.6.2）、（3.6.3）两式可得两柱面间任一点的电位0lnln r br V V b a = （3.6.4） 2）电流场的分布由于静电场的分布与z 轴无关，且具有轴对称性，因此，我们只需对垂直于z 轴的一个截面的静电场分布予以模拟即可，模拟电流场的电极为两带电圆柱面截面相同形状的同轴金属圆环，如图3.6.2所示。
模拟法测绘静电场实验报告
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、掌握静电场测绘仪的使用方法，提高实验操作技能。
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，其分布情况较为复杂，直接测量静电场中各点的电位是很困难的。
但可以利用静电场与稳恒电流场的相似性，用稳恒电流场来模拟静电场进行测量。
根据静电场的高斯定理和环路定理，静电场的电场线不闭合，静电场是一个有源无旋场。
而对于稳恒电流场，电流线也是不闭合的，并且稳恒电流场也是一个有源无旋场。
因此，在满足一定条件下，这两种场的分布是相似的。
模拟法测绘静电场的条件主要有以下几点：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应是均匀的，且其电导率分布应与被模拟的静电场中的介质分布相同。
3、模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。
在本次实验中，采用平行板电容器作为被模拟的静电场，用导电纸作为均匀的导电介质，通过在导电纸上施加一定的电压，形成稳恒电流场，来模拟平行板电容器中的静电场分布。
三、实验仪器静电场测绘仪、万用电表、坐标纸、导电纸、探针、直流稳压电源等。
四、实验步骤1、连接实验仪器将静电场测绘仪、万用电表、直流稳压电源按照正确的电路连接方式连接好。
2、安放导电纸将导电纸平整地铺在静电场测绘仪的下层平板上，并确保导电纸与平板紧密接触。
3、选择测量点在导电纸上选取适当的测量点，一般采用对称的测量点分布，以提高测量的准确性。
4、测量电位将探针与万用电表连接，移动探针到选定的测量点上，读取并记录万用电表显示的电位值。
5、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。
等位线是连接电位相等的各点所形成的曲线。
6、绘制电场线根据等位线的分布，垂直于等位线绘制电场线。
电场线的疏密程度反映了电场强度的大小。
五、实验数据记录与处理1、实验数据记录将测量得到的各测量点的电位值记录在表格中，如下所示：｜测量点坐标｜电位值（V）｜｜：：｜：：｜｜（x1, y1) ｜ V1 ｜｜（x2, y2) ｜ V2 ｜｜（x3, y3) ｜ V3 ｜｜｜｜2、数据处理（1）根据电位值绘制等位线以电位值相等的点为基础，用平滑的曲线连接这些点，绘制出等位线。
模拟法测绘静电场实验示范报告
模拟法测绘静电场实验示范报告1. 实验目的本实验的主要目的是通过模拟法测绘静电场，学习静电场的基本概念和相关计算方法，并掌握使用静电力计、数字万用表等仪器的操作方法和技巧。
2. 实验原理静电场是指存在电荷分布的空间区域内，电荷所产生的电场作用于在其中的试验电荷。
静电场的特点是无旋、无源，且具有叠加原理。
在实际测量中，静电场多采用电势差方法进行研究，即通过测量不同位置的电势差，推算出电荷的分布情况。
模拟法测绘静电场实验是指通过电荷的沉积和排斥作用，模拟出静电场的分布情况。
一般采用带电细铁丝或导线作为电荷源，将其插入测试区域内，再利用静电力计或数字万用表等仪器测量不同位置的电势差，最终得出静电场的分布情况。
3. 实验器材和设备静电力计、电势计、数字万用表、带电细铁丝或导线等。
4. 实验步骤2) 准备带电细铁丝或导线，并将其插入测试区域内，调整其位置和方向，使其尽量均匀地分布在测试区域内。
3) 将电势计和数字万用表等仪器校准好，确保其准确可靠。
4.2 静电场模拟和测量1) 打开静电力计，将其静电感应板置于测试区域内，观察静电力计显示的读数，确定测试区域内的静电场强度。
2) 接通电势计和数字万用表等仪器，分别测量不同位置的电势差和电场强度，记录并计算出静电场的分布情况。
3) 根据实验数据，绘制出静电场分布图，分析其特点和规律。
1) 关闭仪器设备，进行清理和整理。
2) 统计实验数据并撰写实验报告。
5. 实验注意事项1) 操作仪器前，应先熟悉其使用方法和注意事项，并进行相应的校准和调试。
2) 在测试区域内移动时，应避免带电细铁丝或导线与静电力计等仪器相碰或擦拭，以免造成干扰或损坏。
3) 测量过程中，应注意保持测试区域的环境稳定和相对干燥，以免影响测试结果。
4) 实验结束后，应及时清理和整理仪器设备，并保存好相关数据和记录。
6. 实验结果分析通过模拟法测绘静电场实验，我们成功地测量出了测试区域内的静电场分布情况，并绘制出了相应的静电场分布图。
模拟静电场测绘实验报告
一、实验目的1. 理解模拟静电场测绘实验的基本原理和方法。
2. 掌握模拟静电场测绘实验的步骤和操作技巧。
3. 加深对电场强度和电势概念的理解。
二、实验原理静电场是由静止电荷产生的电场。
在静电场中，电荷之间的相互作用力与电荷之间的距离平方成反比。
电场强度是描述电场对单位正电荷的作用力大小，单位为N/C。
电势是描述电场中某一点的电势能大小，单位为V。
模拟静电场测绘实验是通过模拟方法来研究静电场的分布情况。
实验中，利用稳恒电流场来模拟静电场，通过测量电流场中的电位分布，间接得到静电场的分布情况。
三、实验仪器1. 模拟静电场测绘仪2. 数字电压表3. 电极4. 同步探针5. 坐标纸四、实验步骤1. 将模拟静电场测绘仪、数字电压表、电极、同步探针等仪器设备连接好。
2. 在坐标纸上标出实验区域，将电极放置在实验区域内。
3. 调节模拟静电场测绘仪的电压，使其达到实验要求的电压值。
4. 使用同步探针测量电极周围的电位分布，记录数据。
5. 根据测量得到的电位分布，绘制等位线图，分析静电场的分布情况。
6. 比较实验结果与理论值，分析实验误差。
五、实验结果与分析1. 实验结果根据实验测量得到的电位分布，绘制了等位线图。
从等位线图中可以看出，静电场在电极附近呈现出明显的对称性，电场强度随着距离电极的增大而减小。
2. 结果分析实验结果与理论值基本一致，说明模拟静电场测绘实验方法可行。
实验中，由于测量误差和设备精度等因素的影响，实验结果与理论值存在一定的偏差。
六、实验结论1. 模拟静电场测绘实验方法能够有效地研究静电场的分布情况。
2. 实验结果与理论值基本一致，验证了模拟静电场测绘实验方法的可靠性。
3. 通过实验，加深了对电场强度和电势概念的理解。
七、实验改进建议1. 提高实验精度，减小测量误差。
2. 优化实验步骤，提高实验效率。
3. 采用更先进的模拟静电场测绘仪器，提高实验结果的准确性。
4. 对实验数据进行深入分析，探索静电场分布的更多规律。
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实验一：静电场模拟与描绘实验
一、实验目的
1、学习用模拟方法来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、加深对各种物理场概念的理解；
4、初步学会用模拟法测量和研究二维静电场。
二、实验原理
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来模拟另一种不易实现、不便测量的状态和过程，要求这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，且满足相似的数学形式及边界条件。
一般情况，模拟可分为物理模拟和数学模拟，对一些物理场的研究主要采用物理模拟（物理模拟就是保持同一物理本质的模拟），例如用光测弹性模拟工件内部应力的分布等。
数学模拟也是一种研究物理场的方法，它是把不同本质的物理现象或过程，用同一个数学方程来描绘。
对一个稳定的物理场，若它的微分方程和边界条件一旦确定，其解是唯一的。
两个不同本质的物理场，如果描述它们的微分方程和边界条件相同，则它们的解是一一对应的。
只要对其中一种易于测量的场进行测绘，并得到结果，那么与它对应的另一个物理场的结果也就知道了。
静电场是真空中静止的电荷产生的电场，静电场用空间各点的电场强度E K
和电位ϕ来描述。
使用等位面和电场线的概念可以使电场的描述形象化，直接测量静电场是很困难的。
稳恒电流场与静电场是两种不同性质的场，但在一定条件下导电介质中稳恒电流场与静电场的描述具有类似的数学方程，因而可以用稳恒电流场来模拟静电场，见表1。
表1 导电媒质中的恒定电场与静电场的比拟。
静电场（0ρ=）
导电媒质中恒定电场（电源外）
0d 0l
E E l ∇×=⋅=∫K K K v 0d 0l
E E l ∇×=⋅=∫K K K v 0
d 0S
D D S ∇⋅=⋅=∫
K K K v
d 0S
J J S ∇⋅=⋅=∫
K K K v
D E ε=K K J E γ=K K 20E ϕϕ=−∇⇒∇=K
20E ϕϕ=−∇⇒∇=K
d S
q D S =⋅∫
K K d S
I J S =⋅∫
K K
2．同轴电缆的电场分布及同轴圆柱面电极间的电位分布.
同轴电缆内外导体的半径分别为1R 、2R ，中间介质的电导率为γ，介电常数为ε，内外导体之间的电压为0U ，则在内外导体间产生静电场。
由静电场知识可得距轴r 处的电位为
2
02
1
ln
ln r R r U R ϕ= 则0211ln r
U E e R
r R ′=⋅K 由稳恒电流知识可得
2
021ln
ln
r R r U R ϕ′= 021
1ln r r
U E e R r R ′=⋅K K
三、实验仪器
HLD-DZ-IV 型静电场描绘实验仪（包括导电微晶、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，电极间制作有导电率远小于电极且各向均匀的导电介质。
四、使用方法
1、接线：
静电场专用稳压电源输出+（红）接线柱用红色电线连接描绘架（红）、-（黑）接线柱用黑色电线连接描绘架（黑）接线柱。
专用稳压电源探针输入+（红色）接线柱用红色电线连接探针架连接线柱。
将探针架好，并使探针下探头置于导电微晶电极上，启动开关，先校正，后测量。
2、测量：
开启测量开关，将电源开关打到内侧调节电压，如数字显字为10 V ，然后打到外侧移动探针架至另一电极上，数字显10 V ，一般常用10 V ，便于运算。
然后纵横移动探针架，则电源电压表头显示读数随着运动而变化。
如要测0 V ～10 V 间的任何一条等势(位)线，一般可选0 V ～10 V 间某一电压数据相同的16～30个点，再将
这些点连成光滑的曲线即可得到此等势(位)线。
3、记录：
需在描绘架上铺平白纸，用橡胶磁条吸住，当表头显示读数认为需要记录时，轻轻按一下，即能清晰记下小点，一般所需记录电压请参阅讲义或由任课教师定夺，为实验清晰快捷，每等位线16～30点，然后连接即可。
4、测绘方法
场强E K 在数值上等于电位梯度，方向指向电位降落的方向。
考虑到E K
是矢量，而电位ϕ是标量，从实验测量来讲，测定电位比测定场强容易实现，所以可先测绘等位线，然后根据电场线与等位线正交的原理，画出电场线。
这样就可由等位线的间距确定电场线的疏密和指向，将抽象的电场形象的反映出来。
五、实验内容
1、描绘同轴电缆的静电场分布
(1). 连接电路，将电压校正为10.00V 。
(2). 从8V 开始，平移探针，由导电线微晶上方的探针找到等位点后，按一下记录纸上方的探针，测出一系列等位点，用相同方法分别描绘出8V 、6V 、4V 、2V 四条不同电位电极的等位线图。
(3)描绘同同轴电缆的静电场分布。
以每条等位线上各点到原点（原点的确定？）的平均距离r 为半径画出等位线的同心圆簇。
现出电场线，指出电场强度方向，得到电场分布图。
2. 描绘长平行导线间的静电场分布
(1). 将电流电压调到10V ，将记录纸铺在上层平板上，从1 V 开始，平移同步探针，用导电微晶上方的探针找到等位点后，按一下记录纸上方的探针，测出一系列等位点，共测9条等位线，每条等势线上找10个以上的点，在电极端点附近应多找几个等位点。
(2). 画出等位线，再作出电场线，做电场线时要注意：电场线与等位线正交，导体表面是等位面，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，疏密要表示出场强的大小，根据电极正、负画出电场线方向。
六、观察与思考
1、根据测绘所得等位线和电力线分布，分析哪些地方场强较强，哪些地方场强较弱？
2、从实验结果能否说明电极的电导率远大于导电介质的电导率？如不满足这条件会出现什么现象？
3、在描绘同轴电缆的等位线簇时，如何正确确定圆形等位线簇的圆心，如何正确描绘圆形等位线？
4、如果把实验时的电源电压增大一倍，等位线和电力线的形状是否发生变化？电场强度和电位分布是否发生变化？为什么？。