大學物理實驗-拓展提高篇 課件 實驗2.10-用模擬法描繪靜電場

1用模擬法描繪靜電場第1節(jié)

原理大學物理實驗——拓展提高篇2用模擬法描繪靜電場—任務目的訓練學習用模擬法描繪靜電場和具有相同數(shù)學形式的物理場；掌握幾種電極的電位和電場的分布曲線的特點；加深對電場強度和電位等物理概念的理解；描繪出電場分布曲線。采用模擬法間接測量靜電場的分布情況；1.實驗任務2.實驗目的31.用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場

用模擬法描繪靜電場—原理測量電場有最重要的物理意義

帶電體通過場相互作用。已知場分布→計算出帶電體之間相互作用力的大小→根據(jù)初始條件→帶電體的運動規(guī)律或者形變的大小。帶電體形狀復雜，多數(shù)情況用數(shù)值解法或?qū)?/p>

驗方法測出場分布

場強是矢量，電勢是標量。先測得等位面，再做出電力線，整個電場的分布用幾何圖形繪出。

4用模擬法描繪靜電場—原理靜電場不能用電表直接測量

1.靜電場中沒有電流，電流表不會偏轉(zhuǎn)；

2.任何電流表的內(nèi)阻都遠小于空氣或真空的電阻，若在靜電場中引入電流表，會使電場發(fā)生偏轉(zhuǎn)；

3.電流表或其他探測器置于電場中，會引起靜電感應，使原場源電荷的分布發(fā)生變化。模擬法

不直接研究自然現(xiàn)象或過程本身，而用與這些自然現(xiàn)象或過程相似的模型來進行研究的一種方法。作為科學研究中一種最基礎(chǔ)的方法，得到廣泛的應用。5用模擬法描繪靜電場—原理用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場的依據(jù)

穩(wěn)恒電流場（無源區(qū)）靜電場（無源區(qū)）

兩場服從的規(guī)律的數(shù)學形式相同，且又滿足相同的邊界條件，故電場和電勢的分布相類似，所以可用電流場模擬靜電場。這種模擬屬于數(shù)學模擬。6用模擬法描繪靜電場—原理用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場的條件

1.靜電場中的帶電體與電流場中電極的形狀、位置相同；2.穩(wěn)恒電流場中的導電介質(zhì)是不良導體且電導率分布均勻；3.電極的電導率遠大于導電紙的電導率，保證電流場中的電極（良導體）的表面近似是一個等勢面；4.模擬所用電極系統(tǒng)與被模擬系統(tǒng)的邊界條件相同，保證電流場中電流線與靜電場中電力線形狀相同。

72.同軸圓柱型的靜電場用模擬法描繪靜電場—原理

ra→內(nèi)圓柱半徑rb→外圓柱半徑U1→內(nèi)圓柱電勢83.平行長直導線型的靜電場用模擬法描繪靜電場—原理

l→兩直導線間距a→圓柱體半徑9用模擬法描繪靜電場—原理4.幾種常見靜電場的模擬電極形狀及相應電場分布模型平行長直導線同軸圓柱型劈尖型聚焦型電極模擬型版式等位線、電力線理論形式10用模擬法描繪靜電場第2節(jié)實驗儀器大學物理實驗——拓展提高篇11用模擬法描繪靜電場—儀器主要實驗儀器、器件描繪專用電源導電微晶靜電場描繪儀等臂同步探針12用模擬法描繪靜電場第3節(jié)實驗內(nèi)容大學物理實驗——拓展提高篇131.實驗步驟-儀器檢查與實驗操作用模擬法描繪靜電場—實驗內(nèi)容（1）連接線路

兩電路分別與描繪儀專用電源的正負極相連接；將電壓表的政績與同步探針相連接；電壓表負極并未接入電路。（這是可行的，因為電源負極和電壓表的負極在電源內(nèi)部是連接在一起的）14用模擬法描繪靜電場—實驗內(nèi)容1.實驗步驟-儀器檢查與實驗操作（2）校正

調(diào)節(jié)電源，將功能選擇開關(guān)打向校正檔，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕，使電壓等于10V，完成校正。然后將功能選擇開關(guān)置于測量檔。校正和測量開關(guān)15用模擬法描繪靜電場—實驗內(nèi)容1.實驗步驟-儀器檢查與實驗操作（3）記錄

①將坐標紙鋪在支架上層的平板上，用弦條壓?。妷簽?0V），在記錄紙上記錄。

②一同同步探針的底座，從1V開始尋找等位點。

③找到等位點，輕輕按壓記錄針，在記錄紙上記下等位點。

④用虛線連接各個等位點，畫出等位線。

⑤根據(jù)電場線與等位線相交的原理畫出電場線，并指出電場強度方向。16用模擬法描繪靜電場—實驗內(nèi)容1.實驗步驟-儀器檢查與實驗操作（4）其他

采用相同的方法，更換繪圖紙，再次測繪以下幾種情況下的靜電場分布：

①模擬測繪由長直平行導線形成的靜電場；

②描繪聚焦電極的電場分布；

③描繪一個劈尖電極和一個條形電極形成的靜電場。17用模擬法描繪靜電場—實驗內(nèi)容1.實驗步驟-儀器檢查與實驗操作注意：

（1）在移動探針時，要使探針與導電微晶電板緊密接觸，但不可以壓的太緊，以免損壞儀器。

（2）在探針開始記錄前，確保記錄紙固定，防止實驗中記錄紙位置發(fā)生變化。

（3）探針不能移動到儀器邊緣處。因為邊緣地方由于邊緣效應的影響，電場線分布已經(jīng)發(fā)生了變形。

（4）等位點分布應該均勻，間距為1~2cm，在電極附近，應多測一些等位點。182.數(shù)據(jù)處理用模擬法描繪靜電場—實驗內(nèi)容

（1）四種電極任選兩種進行靜電場的描繪。用光滑的曲線將測得的各等位點連接成線，并標出每條等位線對應的電勢值。

（2）在測得的電場分布圖上，用虛線至少畫出8條電場線，注意電場線的箭頭方向，以及電場線與等位線的正交關(guān)系。192.數(shù)據(jù)處理-作圖示例用模擬法描繪靜電場—實驗內(nèi)容203.思考提高(可在實驗報告或數(shù)據(jù)報告選作)1.能否用恒定電流場模擬穩(wěn)定的溫度場，為什么？2.根據(jù)測繪所得等位線和電場線分布，試分析哪些地方的電場強度較強，哪些地方的電場強度較弱？3.在描繪同軸電纜的等位線簇時，如何正確確定圓形等位線簇的圓心？如何正確繪