静电场描绘实验的改进研究

《静电场描绘实验的改进研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、静电场描绘实验的改进研究摘要：介绍为什么静电场要用恒定电流场來模拟以及静电场描绘实验的原理和传统的实验装置，以及用传统的实验装置对实验的测量结果。对实验的结果分析分析课差的来源，通过剖析实验装置的结构，通过思考与探究丢实验的装置进行了一系列的改进。介绍具体的改进方法，已经用改进后的实验装置对实验进行重新的测量，与前面的实验结果进行对比分析，可以得知改进后的装置操作简便易行，测量的结果也逐渐的理想化，犬犬提高了实验结果的准确性。关键词:静电场描绘；实验；改进0引言静电场描绘实验是普通物理实验电磁学部分必做的实验，一组带电电极所产生的静电场，原则上可用理论

2、计算方法求出。但实际上遇到的电极其形态及组合乂和当的复杂，导致静电场的电位分布和电场分布也极为复杂。由于静电场的微弱，而检测电场的仪器电极比较大，因而检测仪器的引入会使原电场发生严重的改变，所以用实验方法直接测量不可取。理论和实践都能证明，导电介质里的恒定电流建立的电场与静电场的场强及电位分布完全相似，因此通常用测量恒定的电流场的方法来描绘静电场，称这种方法为模拟法描绘静电场（模拟法就是测量另外一个物理量来取代那个直接测量很怵I难的物理量）。传统的实验装置如图1所示，此装置结构相对简单，直观性强。但是由于导电纸在学生的操作中容易滑破；加上导电纸常常需要

3、更换，乂麻烦乂容易导致电极与导电纸接触不良。以上种种原因导致实验结果不太理想，有吋与理论值差距很大，起不到验证的口的。为了保持静电场描绘仪的优点，克服其缺点，保证实验结果的稳定性。静电场描绘仪经丿力了如下儿次改革，效果是越来越理想。1静电场模拟描绘的原理运动的屯荷周围冇电磁场，静止电荷周围冇静电场。要了解静电场的分布状况，当带电体的形状复朵时，很难用理论的方法进行计算。用实验的方法进行直接测量也有一定困难，所以我们常用“模拟法”间接测绘静电场的分布。模拟法在科学实验中有着及其广泛的应用，其本质是易于实现，用便于测量的物理量來代替不易实现，不易测量的物理

4、量。静电场与稳恒电流场木是两种不同的场，但是它们两者Z间在一定的条件下具有相似的空间分布，即两种场遵守的规律在形式上相似，它们引入电位U而且电场强度E=-AU它们Je-jz=o对于稳恒电流场，电流密度欠量J在无源区域也满足类似的积分关系尹・久=0dJ-dl=Q(1-1)(1-2)(1-3)(1-4)2实验装置传统的试验装置如图1所示，莫装置结构是利用等臂法来描绘电位分布的点，导电介导电纸是在纸基上均匀的涂一层薄的石墨粉，符合模拟条件。用新装质一般使用导电纸。上的导电纸测出的实验结果如图2所示。导电纸丿卜电极下针图2未改进的实验装査测最的结果图1传统的静

5、电场描绘实验装査3装置的改进传统的装置操作起來比较的烦琐，在具体的应用中并不是非常实用，现在我们把电源和探针及一些仪表都取下来重新的安装，操作起来会更加的方便。而且电压表的引入会带来系统误差，对这些都进行了必要的改进。静电场描绘仪的缺点主要都是来自导电纸，所以改进方法当然主要是改变导电纸，实验的装置为了操作方便也进行了一系列的改革。下面我以同轴圆柱形电容器为例列举其中的导电介质经过改革的历程及改革之后效果。3.1电解液电解液避免了使用导电纸所带来的麻烦和缺点，实验的结果更为理想一点。但使用电解液又容易使内电极生锈。如果使用蒸憾水进行实验能解决生锈问题，

6、但导电性太弱。不过其实验结果还是令人满意的，测量结果如图3示。3.2导电玻璃图3使用电解液的测录结果导电玻璃是在高真空下采用高温化学镀膜强氧化的方法在玻璃表面形成均匀性良好的导电层而制成的导电玻璃。JW240-II型静电场描绘仪就是用导电玻璃制成的，（实验装置如图8所示，在文章下面会介绍它的结构）玻璃上有测量点，实验者可以直接读出测量值，即克服了导电纸的缺点也解决了使用电解液引起内极生锈的缺憾，而且实验的结杲也非常的令人满意，实验结果如图4（为体现试验结果科学性与检流计配合使用）所示。图4使用导电玻璃的测最结果（配介检流计）3.3检流计下图5是传统的静

7、电场描绘试验仪的结构简图，图中中A、B为两电极，E为电源，图6使用接电压表的测量结果K为开关，V为电压表，A、B两电极下面是导电玻璃，探针C可以在导电玻璃上移动并可以用电压表测出各点的电位，但是由于电压表的引入会会给测量带来系统谋差，虽然我们叮以用高内阻的电压表接入进行测试而使之误差减少，但是不能够完全的排除，另外导电纸的多次使用探针和导电纸的磨损也会给测量结果带來影响，使用这个装置测的结果如图（6）所示。经过对实验装置的改进，使用指针检流计代替电压表，改一个探针为两个探针与检流计串联，通过导电纸形成一个冋路，测量电路不与电源电路想连，测量时保持一个探

8、针不动，移动另一个探针直到检流计示数完全为零，其结构及测量结果如图9所示:图5传统静电场描绘仪