靜電場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)教案

1、靜電場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)教案第1頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)52分，星期四 模擬法是以相似性原理為基礎(chǔ)，是用一種易于實(shí)現(xiàn)，便于測(cè)量的物理狀態(tài)或過(guò)程模擬另一種不易實(shí)現(xiàn)，不便測(cè)量的狀態(tài)或過(guò)程。 模擬法可以分成兩大類：物理模擬和計(jì)算機(jī)模擬。物理模擬分為幾何模擬、動(dòng)力相似模擬、替代或類比模擬三類。本實(shí)驗(yàn)屬于替代或類似模擬?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?（1）了解用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)原理和條件； （2）學(xué)習(xí)用模擬法描繪和研究靜電場(chǎng)。 第2頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)52分，星期四【實(shí)驗(yàn)原理】 當(dāng)電流場(chǎng)中的電極與靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體有相同的形狀和位置，并且有相同的電位差時(shí)，可以證明，這兩種具有相同邊界條件的

2、相同方程，有相同的解，即有相同的電位分布。1、穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)的理論根據(jù) 采用均勻?qū)щ娊橘|(zhì)中的穩(wěn)恒電流場(chǎng)來(lái)模擬真空中的靜電場(chǎng)，因?yàn)樗鼈冇邢嗨菩?。這兩種場(chǎng)可以分別用兩組對(duì)應(yīng)的物理量來(lái)描述，這兩組物理量遵循數(shù)學(xué)形式上相同的物理規(guī)律。第3頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)52分，星期四2、模擬場(chǎng)要滿足的條件 （1）穩(wěn)恒電流場(chǎng)中的電極形狀應(yīng)與被模擬的靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體相同，且在場(chǎng)中的位置應(yīng)一致； （2）電流場(chǎng)中的導(dǎo)電物質(zhì)應(yīng)為各向同性的均勻?qū)щ娢镔|(zhì)； （3）由于靜電場(chǎng)中帶電導(dǎo)體表面為一等勢(shì)面。因此要求穩(wěn)恒電流場(chǎng)中電極的電導(dǎo)率要遠(yuǎn)大于導(dǎo)電物質(zhì)的電導(dǎo)率。第4頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)

3、52分，星期四3、同軸電纜的電場(chǎng)分布情況 第5頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)52分，星期四【實(shí)驗(yàn)儀器】 DZ2型靜電場(chǎng)描跡儀（包括水槽電極、描繪板、探針手柄、電源和電壓表）。DZ-2型靜電場(chǎng)描述儀1.電極槽 2.電極接線柱 3.記錄針 4.探針5.紙夾 6.載紙板 7.探針接線柱第6頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)52分，星期四【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 1. 描繪同軸電纜橫截面上的電場(chǎng)分布圖 （1）向電極間注入自來(lái)水，水深不超過(guò)電極高度。再將其插入靜電場(chǎng)描跡儀下層底板，連接好電路。（2）將探針壓在內(nèi)電極表面上，調(diào)節(jié)電源輸出電壓，使內(nèi)電極電勢(shì)為5V （3）取一張大小適度的白紙放在載紙板

4、上，用紙夾將紙固定好。 第7頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)52分，星期四（4）將探針輕靠電極，描出兩極邊緣處的若干點(diǎn)。描點(diǎn)過(guò)程中不要碰動(dòng)水槽 （5）依次描繪電勢(shì)為1.00V、2.00V、3.00V、4.00V的若干個(gè)點(diǎn)，每根等勢(shì)線上的點(diǎn)數(shù)不少于10個(gè)，并且分布比較均勻。第8頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)52分，星期四【數(shù)據(jù)處理】 1.描繪同軸電纜橫截面和聚焦電極軸截面上的電場(chǎng)分布圖（1）在記錄了等勢(shì)點(diǎn)的記錄紙上畫出電極（2）將記錄的各等勢(shì)點(diǎn)用虛線連成光滑的等勢(shì)線，標(biāo)出電勢(shì)值。（3）根據(jù)電力線與等勢(shì)線正交的關(guān)系，從正極出發(fā)，以適當(dāng)?shù)拿芏龋ㄊ杳軐?duì)應(yīng)于場(chǎng)強(qiáng)的大小），用實(shí)線作出電力線分布圖，標(biāo)出方向。 第9頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)52分，星期四2.同軸電纜電場(chǎng)實(shí)際分布與理論值比較 （1）計(jì)算出所描各等勢(shì)線半徑的理論值中。(2)在各等勢(shì)線上選取數(shù)條直徑,根據(jù)直徑平均值算出各等勢(shì)線（包括電極）的半徑（3）將各等勢(shì)線半徑的實(shí)驗(yàn)值與理論值比較，計(jì)算百分誤差。第10頁(yè)，共11頁(yè)，2022年，5月20日