穩(wěn)恒電流場模擬靜電場課件

模擬靜電場

任課教師熊宏齊模擬靜電場任課教師熊宏齊1

1.為什么要用模擬法？

2.實(shí)驗(yàn)中用什么場來模擬靜電場？

3.穩(wěn)恒電流場形成的條件是什么？

4.用穩(wěn)恒電場模擬靜電場要注意哪些事項(xiàng)？

6.等勢面與電場線的關(guān)系？

7.儀器設(shè)置的巧妙之處。課前思考1.為什么要用模擬法？課前思考實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握模擬法的概念，學(xué)習(xí)用模擬法描繪靜電場。（2）通過對靜電場分布的研究，加強(qiáng)對電場強(qiáng)度和電位的了解。研究靜電現(xiàn)象或電子束的運(yùn)動規(guī)律時，需要了解靜電場的電場分布情況。帶電體周圍靜電場分布在科學(xué)研究和工程技術(shù)中有重要的作用。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握模擬法的概念，學(xué)習(xí)用模擬法描繪靜電場實(shí)驗(yàn)原理計(jì)算十分復(fù)雜困難測量儀器的介入會改變原靜電場場的分布模擬法理論計(jì)算直接測量以相似性原理為基礎(chǔ)，用一種易于實(shí)現(xiàn)，便于測量的物理狀態(tài)或過程模擬另一種不易實(shí)現(xiàn)，不便測量的狀態(tài)或過程。實(shí)驗(yàn)原理計(jì)算十分復(fù)雜困難測量儀器的介入會改變原靜電實(shí)驗(yàn)原理

模擬法可以分成兩大類：

計(jì)算機(jī)模擬：兩個不同本質(zhì)的物理過程，用同一個數(shù)學(xué)方程來描述。物理模擬：保持同一物理場本身，相同的物理現(xiàn)象/過程縮小或放大模擬再現(xiàn)。

“風(fēng)洞”的飛機(jī)模型模擬實(shí)際飛機(jī)在大氣中的飛行物理模擬分為幾何模擬、動力相似模擬、替代或類比模擬三類。本實(shí)驗(yàn)屬于替代或類似模擬。實(shí)驗(yàn)原理模擬法可以分成兩大類：物理模擬實(shí)驗(yàn)原理1、靜電場的相似模擬——穩(wěn)恒電流場當(dāng)電流場中的電極與靜電場中的導(dǎo)體有相同的形狀和位置，并且有相同的電位差時，可以證明，這兩種具有相同邊界條件的相同方程，有相同的解，即有相同的電位分布。例如：真空中柱狀電容器的靜電場電勢分布實(shí)驗(yàn)原理1、靜電場的相似模擬——穩(wěn)恒電流場實(shí)驗(yàn)原理AB同軸圓筒電極間的穩(wěn)流場中電勢分布：實(shí)驗(yàn)原理AB同軸圓筒電極間的穩(wěn)流場中電勢分布：實(shí)驗(yàn)原理2、穩(wěn)恒電流場模擬靜電場，要滿足以下實(shí)驗(yàn)條件電極形狀應(yīng)與被模擬的靜電場中的帶電體幾何形狀相同；穩(wěn)恒電流場中的導(dǎo)電介質(zhì)是不良導(dǎo)體且電導(dǎo)率分布均勻，并滿足電極電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于介質(zhì)的電導(dǎo)率；電極形狀和介質(zhì)具有對稱性時場量也具有對稱性，例如對于具有軸對稱性的電場，只要測量其中任何一個垂直于軸的截面的徑向電位分布就行了。實(shí)驗(yàn)原理2、穩(wěn)恒電流場模擬靜電場，要滿足以下實(shí)驗(yàn)條件電實(shí)驗(yàn)原理3、介紹兩種電場實(shí)驗(yàn)原理3、介紹兩種電場實(shí)驗(yàn)原理2、聚焦電極實(shí)驗(yàn)原理2、聚焦電極實(shí)驗(yàn)儀器EQC-3型導(dǎo)電微晶靜電場描繪儀實(shí)驗(yàn)儀器EQC-3型導(dǎo)電微晶靜電場描繪儀實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)有兩種靜電場描繪儀箱，每個描繪儀箱裝有兩種不同形狀的電極，共四種電極，提供不同的電場供測繪。分別是同軸圓柱中的電場，聚焦電場，點(diǎn)狀非均勻電場，點(diǎn)條狀非均勻電場。實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)有兩種靜電場描繪儀箱，每個描繪儀箱裝有兩實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靜電場描跡儀測繪同軸圓柱體中間區(qū)域的電場分布。改換同一靜電場描繪儀箱導(dǎo)電玻璃上的另一電極，描繪出對應(yīng)的等勢線及電力線。使用兩種不同靜電場描繪儀箱的同學(xué)在完成本儀器兩種電極等勢線及電力線的描繪后，互相交換儀器（須告知任課老師），再描繪另外1～2種電極的等勢線及電力線。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靜電場描跡儀測繪同軸圓柱體中間區(qū)域的電場分布坐標(biāo)紙固定好；實(shí)驗(yàn)中能不能移動？2.調(diào)節(jié)兩個電極間電壓為10.0V；10.00v實(shí)驗(yàn)步驟坐標(biāo)紙固定好；實(shí)驗(yàn)中能不能移動？2.調(diào)節(jié)兩個電極間電壓為1實(shí)驗(yàn)步驟3、等勢面的測量方法：

直接測量法將K1打向“直接”、K2打向“校正”，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕至10V；然后將K2打向“測量”，即可進(jìn)行正常測量。檢零法將K1打向“檢零”、K3打向“設(shè)定”，調(diào)節(jié)設(shè)定調(diào)節(jié)旋鈕至需要的量值；然后將K3打向“檢零”即可測量。k2k3k1k4k5實(shí)驗(yàn)步驟3、等勢面的測量方法：k2k3k1k4k5直接測量法檢零法C+-VG+-C等勢面的測量方法哪種方法更好？實(shí)驗(yàn)步驟直接測量法檢零法C+-VG+-C等勢面的測量方法哪種方4、測量

實(shí)驗(yàn)步驟畫一條曲線需要取15-20點(diǎn)電勢面、電場線實(shí)驗(yàn)后再畫出如何評價實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性？EEab用同步探針探測不同電勢（0V、2V、4V、6V、8V、10V）的若干等勢點(diǎn)。4、測量實(shí)驗(yàn)步驟畫一條曲線需要取15-20點(diǎn)電勢面、電實(shí)驗(yàn)步驟5、測出各等勢線的半徑r實(shí)，并和同一電勢相對值（U/U0）時的半徑r理論相比較，計(jì)算相對誤差，并分析產(chǎn)生誤差的原因。U（V）02.04.06.08.010.0U/U000.200.400.600.801.00r理(cm)7.504.362.541.480.750.50r實(shí)(cm)誤差原因分析實(shí)驗(yàn)步驟5、測出各等勢線的半徑r實(shí)，并和同一電勢相對實(shí)驗(yàn)步驟

6、改換導(dǎo)電玻璃上的其它電極，描繪出對應(yīng)的等勢線及電力線，方法同前。（任選1～2種電極形狀。）觀察思考如果電源電壓增加一倍，等勢線和電力線的形狀是否發(fā)生變化？電場強(qiáng)度和電勢分布是否發(fā)生變化？為什么？實(shí)驗(yàn)步驟6、改換導(dǎo)電玻璃上的其它電極，描繪出對應(yīng)的模擬靜電場

任課教師熊宏齊模擬靜電場任課教師熊宏齊20

1.為什么要用模擬法？

2.實(shí)驗(yàn)中用什么場來模擬靜電場？

3.穩(wěn)恒電流場形成的條件是什么？

4.用穩(wěn)恒電場模擬靜電場要注意哪些事項(xiàng)？

6.等勢面與電場線的關(guān)系？

7.儀器設(shè)置的巧妙之處。課前思考1.為什么要用模擬法？課前思考實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握模擬法的概念，學(xué)習(xí)用模擬法描繪靜電場。（2）通過對靜電場分布的研究，加強(qiáng)對電場強(qiáng)度和電位的了解。研究靜電現(xiàn)象或電子束的運(yùn)動規(guī)律時，需要了解靜電場的電場分布情況。帶電體周圍靜電場分布在科學(xué)研究和工程技術(shù)中有重要的作用。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握模擬法的概念，學(xué)習(xí)用模擬法描繪靜電場實(shí)驗(yàn)原理計(jì)算十分復(fù)雜困難測量儀器的介入會改變原靜電場場的分布模擬法理論計(jì)算直接測量以相似性原理為基礎(chǔ)，用一種易于實(shí)現(xiàn)，便于測量的物理狀態(tài)或過程模擬另一種不易實(shí)現(xiàn)，不便測量的狀態(tài)或過程。實(shí)驗(yàn)原理計(jì)算十分復(fù)雜困難測量儀器的介入會改變原靜電實(shí)驗(yàn)原理

模擬法可以分成兩大類：

計(jì)算機(jī)模擬：兩個不同本質(zhì)的物理過程，用同一個數(shù)學(xué)方程來描述。物理模擬：保持同一物理場本身，相同的物理現(xiàn)象/過程縮小或放大模擬再現(xiàn)。

“風(fēng)洞”的飛機(jī)模型模擬實(shí)際飛機(jī)在大氣中的飛行物理模擬分為幾何模擬、動力相似模擬、替代或類比模擬三類。本實(shí)驗(yàn)屬于替代或類似模擬。實(shí)驗(yàn)原理模擬法可以分成兩大類：物理模擬實(shí)驗(yàn)原理1、靜電場的相似模擬——穩(wěn)恒電流場當(dāng)電流場中的電極與靜電場中的導(dǎo)體有相同的形狀和位置，并且有相同的電位差時，可以證明，這兩種具有相同邊界條件的相同方程，有相同的解，即有相同的電位分布。例如：真空中柱狀電容器的靜電場電勢分布實(shí)驗(yàn)原理1、靜電場的相似模擬——穩(wěn)恒電流場實(shí)驗(yàn)原理AB同軸圓筒電極間的穩(wěn)流場中電勢分布：實(shí)驗(yàn)原理AB同軸圓筒電極間的穩(wěn)流場中電勢分布：實(shí)驗(yàn)原理2、穩(wěn)恒電流場模擬靜電場，要滿足以下實(shí)驗(yàn)條件電極形狀應(yīng)與被模擬的靜電場中的帶電體幾何形狀相同；穩(wěn)恒電流場中的導(dǎo)電介質(zhì)是不良導(dǎo)體且電導(dǎo)率分布均勻，并滿足電極電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于介質(zhì)的電導(dǎo)率；電極形狀和介質(zhì)具有對稱性時場量也具有對稱性，例如對于具有軸對稱性的電場，只要測量其中任何一個垂直于軸的截面的徑向電位分布就行了。實(shí)驗(yàn)原理2、穩(wěn)恒電流場模擬靜電場，要滿足以下實(shí)驗(yàn)條件電實(shí)驗(yàn)原理3、介紹兩種電場實(shí)驗(yàn)原理3、介紹兩種電場實(shí)驗(yàn)原理2、聚焦電極實(shí)驗(yàn)原理2、聚焦電極實(shí)驗(yàn)儀器EQC-3型導(dǎo)電微晶靜電場描繪儀實(shí)驗(yàn)儀器EQC-3型導(dǎo)電微晶靜電場描繪儀實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)有兩種靜電場描繪儀箱，每個描繪儀箱裝有兩種不同形狀的電極，共四種電極，提供不同的電場供測繪。分別是同軸圓柱中的電場，聚焦電場，點(diǎn)狀非均勻電場，點(diǎn)條狀非均勻電場。實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)有兩種靜電場描繪儀箱，每個描繪儀箱裝有兩實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靜電場描跡儀測繪同軸圓柱體中間區(qū)域的電場分布。改換同一靜電場描繪儀箱導(dǎo)電玻璃上的另一電極，描繪出對應(yīng)的等勢線及電力線。使用兩種不同靜電場描繪儀箱的同學(xué)在完成本儀器兩種電極等勢線及電力線的描繪后，互相交換儀器（須告知任課老師），再描繪另外1～2種電極的等勢線及電力線。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靜電場描跡儀測繪同軸圓柱體中間區(qū)域的電場分布坐標(biāo)紙固定好；實(shí)驗(yàn)中能不能移動？2.調(diào)節(jié)兩個電極間電壓為10.0V；10.00v實(shí)驗(yàn)步驟坐標(biāo)紙固定好；實(shí)驗(yàn)中能不能移動？2.調(diào)節(jié)兩個電極間電壓為1實(shí)驗(yàn)步驟3、等勢面的測量方法：

直接測量法將K1打向“直接”、K2打向“校正”，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕至10V；然后將K2打向“測量”，即可進(jìn)行正常測量。檢零法將K1打向“檢零”、K3打向“設(shè)定”，調(diào)節(jié)設(shè)定調(diào)節(jié)旋鈕至需要的量值；然后將K3打向“檢零”即可測量。k2k3k1k4k5實(shí)驗(yàn)步驟3、等勢面的測量方法：k2k3k1k4k5直接測量法檢零法C+-VG+-C等勢面的測量方法哪種方法更好？實(shí)驗(yàn)步驟直接測量法檢零法C+-VG+-C等勢面的測量方法哪種方4、測量

實(shí)驗(yàn)步驟畫一條曲線需要取15-20點(diǎn)電勢面、電場線實(shí)驗(yàn)后再畫出如何評價實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性？EEab用同步探針探測不同電勢（0V、2V、4V、6V、8V、10V）的若干等勢點(diǎn)。4、測量實(shí)驗(yàn)步驟畫一條曲線需要取15-20點(diǎn)電勢面、電實(shí)驗(yàn)步驟5、測出各等勢線的半徑r實(shí)，并和同一電勢相對值（U/U0）時的半徑r理論相比較，計(jì)算相對誤差，并分析產(chǎn)生誤差的原因。U（V）02.04.06.08.010.0U/U000.200.400.600.801.00r理