用恒定电流场模拟静电场

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1、桂林电子科技大学物理实验中心物理实验教案实验四用恒定电流场模拟静电场实验目的1．了解模拟法测绘静电场的原理和方法。2．增强对静电场的感性认识。实验要求1．弄清静电场与恒定电流场间的关系；2．了解用摸拟法测量静电场的条件；3．理解用长同轴圆柱形电极间稳恒电流场模拟同轴长同轴导体间静电场的依据；4．掌握用模拟法测绘一般静电场的实验方法。实验内容1、同轴圆柱形电极静电场的描绘；按要求接好线路，先放好并用磁条压好白纸（或坐标纸），电源的电压设为10伏，平移柱体，分别在白纸（或纸坐标）上打出为6.00V、5.00V、4.00V、3.00V、2.00V、1

2、.00V的几组等位点（打点时，注意点的分布，要求每一组分别分布在8个方向）。2、示波管聚焦电极静电场的描绘；其实验做法与同轴圆形电极的做法一样，要求打出“1.00V、2.00V、3.00V、5.00V、7.00V、8.00V、9.00V”对应的系列等位点。3、机翼形电极静电场的描绘；其实验做法与同轴圆形电极的做法一样,要求先测出机翼形电极的电压，然后据此分别于机翼形电极的两边测出三组等位点。讲解内容1．静电场与恒定电流场间的关系两种场遵循的物理规律形式上相似，故可以用电流场来模拟静电场。2．摸拟法测量静电场的条件为了使电流场的电势分布准确与静电

3、场相似，实验装置应注意保证以下条件：（1）为了模拟真空或空气中的静电场分布，要选用电阻均匀且各向同性的导电材料为电流场的导电介质，研究工作中常使用水槽，用水作导电介质，本实验中使用均匀涂上一层石墨的导电纸。（2）模拟电极的形成、位置、电极间电压与被模拟的静电场中的荷电体相同或量值成比例的相似。（3）静电场中带电导体是等势体，电流场中的电极也必须尽量接近等势体。这就要求制造电极的金属材料的电导率必须比电介质（导电纸）的电导率大得多，以致可以忽略金属电极上的电势降落，如果描述的是真空中或均匀电介质中的静电场，则要求模拟导电媒介是均匀的且处处电导率相

4、同。桂林电子科技大学物理实验中心物理实验教案3．用长同轴圆柱形电极间稳恒电流场模拟同轴长同轴导体间静电场的依据桂林电子科技大学物理实验中心物理实验教案4.仪器介绍测同轴圆柱形电极间电位分布的实验装置示意图见图1。同轴电缆的中心是圆柱形导体，外壳是圆筒导电体，内外导体之间填有均匀电介质；当单位长度的内外导体上带有等量异号电荷时，电介质中的电场分布就可以用这个装置来模拟。在实验装置中，在底板B上放有导电纸P，在导电纸上放有同轴电极O和R。当O和R间加上电压U0后，导电纸上将有轴对称的径向电流流过，极间将形成一组同心的等位线。这些等位线的位置可通过电

5、压表V及探针e测出。画等位线时，在电极上方固定的板H上先放一张坐标纸（或白纸）P′，纸上的探针e′和电极间的探针e固定在同一柱体L上，ee′的连线垂直纸面。柱体L平移时，两针的轨迹形状相同。平移柱体使下控针e与导电纸接触、且使电压表示值不变，此时轻按上控针e′就可在坐标纸上打出小孔。连结电压表示值相同的一系列小孔就成为一条等位线。有一些仪器，测等位线的位置不是用电压表测出，而是用检流计测出（将等位线的电压与已知电压进行比较），这时连线时应根据仪器的实际情况进行连线。测非轴对称形状电极间的静电场，其实验装置的基本结构及用法和图示1相同。桂林电子科

6、技大学物理实验中心物理实验教案参考数据与处理1、同轴圆柱形电极（1）根据最大的一组等位点找出圆心，依次画出各等位线，并画出电力线（不少于8条）。（2）量出各等位线的半径，根据理论公式算出各等位线半径的理论值r，列于数据表格中，i并将半径的测量值r与之比较。若把理论值r当作真值，计算并在数据表格中列出等mi位线半径测量值的相对误差()rm−ri/ri。表1a=5.0mmb=75.5mmUa=10.00V测试点电位Ur(V)6.005.004.003.002.001.00理论计算半径r(mm)14.8119.4325.4933.4443.8757.

7、55i实验测半径r(mm)14.5019.4425.5233.3543.6957.58m()rm−ri/ri*100%(%)20.050.10.30.40.052、示波管聚焦电极与机翼形电极要求画出等位线和电力线，画电力线时注意使其与等位线处处垂直，且其密度能反映电场强度的大小。