静电场的描绘实验报告.docxVIP

篇一：静电场的模拟与描绘实验报告用模拟法测绘静电场实验报告 【实验目的】 懂得模拟实验法的适用条件。 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 e???u 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 ) ???d??e ??? d?ds?0?????e?dl?0? b??? uab??e?dl??a ???j??e ??? ?j?ds????e?dl? b ? uab????a ?0?0 ??e?dl 4 、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 e? ? 2??0r a 、b 两电极间任一半径为 r 的柱面的电势为 ln v?va ln b ba （ 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 va）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。电流密度为 ??e? j?? 式中 e′为不良导体内的电场强度， ρ 为不良导体的电阻率。半径为 r 的圆柱面的电势为 ln v?va lnbr ba 图 1、同轴圆柱面的电场分布图 2、不良导体圆柱面电势分布结论： 稳恒电流场与静电场的电势分布是相同的。由于稳恒电流场和静电场具有这种等效性，因此要测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流场的分布就行了。 [ 实验内容与步骤 ] 1、 测量无限长同轴圆柱间的电势分布。 （ 1）在测试仪上层板上放定一张坐标记录纸， 下层板上放置水槽式无限长同轴圆柱面电场模拟电极。加自来水填充在电极间。 （ 2）接好电路。 调节探针， 使下探针浸入自来水中， 触及水槽底部， 上探针与坐标纸有 1-2mm 的距离。 （ 3）接通电源， k2 扳向“电压输出”位置。调节交流输出电压，使 ab 两电极间的电压为交流 12v，保持不变。 （ 4）移动探针， 在 a 电极附近找出电势为 10v 的点， 用上探针在坐标纸上扎孔为记。 同理再在 a 周围找出电势为 10v 的等势点 7 个，扎孔为记。 （ 5）移动探针，在 a 电极周围找出电势分别为 8v，6v， 4v ，2v 的各 8 个等势点（圆越大， 应多找几点） ，方法如步骤（ 4）。 （ 6）分别用 8 个等势点连成等势线 （应是圆），确定圆心 o 的位置。 量出各条等势线的坐标 r （不一定都相等） ，并分别求其平均值。 （ 7）用游标卡尺分别测出电极 a 和 b 的直径 2a 和 2b 。 （ 8）计算各相应坐标 r 处的电势的理论值 v 理，并与实验值比较，计算百分差。 （9）根据等势线与电力线相互正交的特点，在等势线图上添置电力线，成为一张完整的两无限长带等 量异号电荷同轴圆柱面的静电场分布图。 （ 10）以 l 为横坐标， v 实为纵坐标，做 v 实-l 曲线，并与 v 理-l 曲线比较 2、测量聚焦电极的电势分布（选做） 分别测 10.00v 、9.00v 、8.00v 、7.00v 、6.00v 、5.00v 、4.00v 、3.00v 、2 .00v 、1.00v 、0.00v 等，一般先测 5 .00v 的等位点，因为这是电极的对称轴。 步骤同上 [ 数据记录 ] 模拟电场分布测试数据 v 理(v) r(cm) v 理 v 实?v 理v 理(%) 8.00 1 ． 10 8 ． 17 2 ． 1% 6.00 1 ． 50 6.31