实验名称静电场的模拟（提前准备坐标纸！无坐标纸不能实

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1、静电场模拟实验名称：静电场的模拟（提前准备坐标纸！无坐标纸不能实验！！）姓名学号班级评价桌号同组人指导教师实验地点：基础教学楼1103室实验日期20年月日时段注意：本实验仪器（新仪器）与教材稍有不同：不再使用耳机和分压器测试等势线，直接用数字电压表测定等势线。其余内容与教材相同。准备坐标纸的规格：15cm×15cm，三至五张一、实验目的1．了解用模拟法测量物理量的原理、条件和方法。2．学会用模拟法来研究静电场，掌握准确模拟的实验条件和保证措施。二、实验仪器WQE-3型静电场电源，WQE-3静电场描迹仪（电极板水槽，双层描绘支架，同步探针等）。，三、

2、实验原理1．稳恒电流场与静电场的物理相似性条件描述静电场的空间分布可以用电场强度E和电势V两个基本量，由于标量在计算和测量上要比矢量简单得多，所以实验中对静电场的研究往往通过电势分布来进行。然而，既便如此，直接测量静电场分布仍然很困难。原因有两点：其一，　　　　　　　　　　　　　　　　　　。其二，　　　　　　　　　　　　　　　　　。石家庄铁道大学物理实验中心第4页共4页静电场模拟模拟方法的使用有一定条件和范围，不能随意推广，否则会得到荒谬的结论。为了使稳恒电流场模拟的静电场结果具有实际意义，模拟用的电流场必须具备与静电场的物理相似性，即满足以下三个

3、条件：①　　　　　　　　　　　　；②　　　　　　　　　　　　；③　　　　　　　　　　　　。通过对稳恒电流场和静电场的分析、比较，可以看到：两种场都有电势的概念，而且两种场都遵守高斯定理和拉普拉斯方程。因而只要，便可由微分方程的唯一性定理得知稳恒电流场的电势分布与静电场的电势分布为一一对应关系。2．准确模拟静电场需保证的实验条件本实验是用稳恒电流场模拟真空或空气中的静电场，故如上物理相似性的条件要通过以下实验条件来保证：（1）。（2）。（3）（4）。石家庄铁道大学物理实验中心第4页共4页静电场模拟四、实验内容必做：用稳恒电流场模拟同轴电缆、、聚焦电极

4、、两平行平板间形成的的静电场分布。同组两人，每人独立完成三张图。选作：两个无限长平行带电圆柱体、点电荷与带电平板形成的静电场分布。要求：l1、每个电极模型至少测试4条等势线，每条等势线上测出10个以上的点，描点连线画出等势线（注意：因每一个描绘点的误差情况不一定相同，故不能强求描点连线画出的等势线通过每一个描绘点。而应使等势线两侧的描绘点与等势线的距离最为接近且两侧分布大体均匀。）。l2、由等势线作出电场线（做电场线时要注意：电场线与等势线正交，导体表面是等势面，电场线垂直于导体表面，电场线发自正电荷而中止于负电荷，疏密能表示出场强的大小，根据电极

5、正，负画出电场线方向）。五、实验步骤1、打开描绘架上层的黑色金属方框，放上描绘用的坐标纸，并将其合上压紧。2、水槽内注入干净的自来水至电极板高度或略高于电极板，并将电极板水槽放于描绘架下层。居中。3、对每一个模拟电极模型，按仪器接头标注连线（将电极板两电极分别与WQE-3型静电场电源的“电源输出”、“接地端”相连接；同步探针与WQE-3型静电场电源的“探针输入”相连接），将探针放置平台并使探针碰触高电位电极板，同时把档位开关置于外测档，调整电压调节旋钮至WQE-3型静电场电源显示屏显示的电压数值为最大整数值。4、由电源输出最大整数除5获得相等间距电

6、压的数值ΔV，对每一ΔV测试十个以上的等电势点（移动同步探针下探针位置可找到若干个这样的等势点，用与它保持在同一铅垂线上的上层探针在坐标纸上扎孔标记），由此获得一条稳恒电流场中对应的等势线，1ΔV、2ΔV、3ΔV、4ΔV共测试4条这样的等势线。六、实验记录与数据处理本实验由于使用的是描点作图，故不再进行不确定度计算和数据的数学处理。要求在图上画出电极（必须与实际电极相同，如何画？）、测绘的等势线（虚线）及电力线图（实线）。注意：作图要科学，不能违背相关物理概念。石家庄铁道大学物理实验中心第4页共4页静电场模拟七、课后作业题（1）出现下列情况时测绘的

7、等势线和电力线的形状有无变化？①电源电压提高一倍②电极与导线接触不良③电极表面有氧化锈斑④水盆盆底不平整（2）能否从你绘制的等势线或电力线图中判断哪些地方较强，哪些地方较弱？（3）实验中若水盆不平，水深处和水浅处的等势线分布将如何变化？为什么八、将绘制的电场分布图粘贴此处：石家庄铁道大学物理实验中心第4页共4页