2长直同轴圆柱面电极间的电场分布.ppt

静电场的描绘 实验一 内 容 实验目的 1 实验仪器 2 实验原理 3 实验内容和步骤 4 数据记录和处理 5 学会用模拟法测绘静电场 加深对电场强度和电位概念的理解 加深静电场分布规律的认识 静电场描绘信号源 静电场模拟仪 各种电极 米尺 游标卡尺 实验原理 1.用稳恒电流场模拟静电场 本实验中稳恒电流场来模拟静电场，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： 对于静电场： ； 对于稳恒电流场： ； 在边界条件相同时，二者的解是相同的。 2.长直同轴圆柱面电极间的电场分布: 长直同轴圆柱面电极间的电场分布如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Va，外圆环的内半径为b，电位为Vb，则两极间电场中距离轴心为r处的电位Vr可表示为 又根据高斯定理，则圆柱内r 点的场强 E＝K／r 当a＜r＜b时） 式中K由圆柱体上线电荷密度决定 得 － － － － － － － － + 在r＝b处应有 所以 如果取Va＝V0，Vb＝0，得到 上式表明，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 实验内容和步骤 1．长直同轴圆柱面电极间的电场分布 （1）水槽中倒入适量水，然后把它放在双层静电场测绘仪下层。 （2）接好电路、V表及探针联合使用。 （3）把坐标纸放在静电场测绘仪的上层夹好，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。两电极间的电位差为V （5）测量电位差不同的四条等位线，每条等位线测等位点不得少于8个点。 （6）移动探针座使探针在水中缓慢移动，找到等位点时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位置。 2．两平行长直圆柱体电极间的电场分布 两平行长直圆柱体模拟电极间的电场分布示意图，由于对称性，等电位面也是对称分布的。更换同轴圆柱面的水槽电极，参照实验内容1按实验室要求测出若干条等位线。 + 3．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。 通过此实验，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。 下图 所示的就是其电场分布。 Z A1 A2 数据记录和处理 1．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．测量出内容1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， 并计算出每条等位线的电位值，然后与测量电位值比较，计算不确定度并列出表格。 注意事项 1．水槽由有机玻璃制成，实验时应轻拿轻放，以免摔裂。 2．电极、探针应与导线保持良好的接触。 3．实验完毕后，将水槽内的水倒净空干。 思考题 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？何处的电场强度较弱？ 静电场描绘信号源 静电场模拟仪