静电场描绘的一种改进方法-论文.pdf

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1、第27卷第4期大学物理实验Vol_27No．42014年8月PHYSICALEXPERIMENT0FC0LLEGEAug．2014文章编号：1007—2934(2014)04—0048．04静电场描绘的一种改进方法邵静，吕长军，竺江峰(浙江海洋学院，浙江舟山316000)摘要：本文介绍的是使用算术平均法作出等势线，描绘静电场。与课本中的方法进行比较，结果误差更小，更准确的描绘了静电场的分布。关键词：静电场描绘仪；模拟法；算术平均中图分类号：04—33文献标志码：A在静电场描绘实验中，用稳恒电流场代

2、替静E=(r是指每单位分别带有电荷量)电场，可以消除测量仪器的探针引入静电场对原T￡nr电场的分布的影响u。教材中用拟合的圆去近A、B两电极间任一半径为r的柱面的电势为似描绘等势线，其误差比较大，难以控制，而用算ln_垒_术平均法描绘等势线的半径会更加准确，使得误=—÷差减小。lnr上(2)稳恒电流场1实验原理在电极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1．1静电场的描述上电源(设输出电压为)后，不良导体中就产生电场强度E是一个矢量。因此，在电场的计了从电极均

3、匀辐射状地流向电极B的电流。电算或测试中往往是先研究电位的分布情况，因为流密度为电位是标量。可以先测得等位面，再根据电力线，J一与等位面处处正交的特点，作出电力线，整个电场P的分布就可以用几何图形清楚地表示出来式中：为不良导体内的电场强度，P为不良导体了_2J。有了电位u值的分布，由E=一U，便可的电阻率。求出E的大小和方向，整个电场就算确定了。1_垒I1．2模拟法半径为r的圆柱面的电势为V=—÷由于静电场和稳恒电流场服从的规律的数学1n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

4、J，所以可用电流场模拟静电场。这种模拟属于数学模拟。在这里，利用作图来模拟测绘静电场探究其与理论值的关系。1．3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图1同轴圆柱面的电场分布收稿日期：201404—09通讯联系人静电场描绘的一种改进方法49(6)以10V的8个等势点连成等势线(应是圆)，并确定圆心的位置。然后用圆拟合各等势线，使尽量多的点落在拟合圆上(或者等数散落在圆内外)。量出各条等势线的直径，并分别求出等势线的半径。(坐标记录纸精度是1

5、mm，不确定度是0．5mm)。(7)用游标卡尺分别测出电极A和B的直径：2a和26。图2不良导体圆柱面电势分布(8)计算各相应坐标r处的电势的理论值1．4结论，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，稳恒电流场与静电场的电势分布是相同的。在等势线图上添置电力线，成为一张完整的两无由于稳恒电流场和静电场具有这种等效性，因此限长带等量异号电荷同轴圆柱面的静电场分要测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流布图。场的分布就行了]。(10)以1nr为横坐标，为纵坐标，做一lnr曲

6、线，并与一lnr曲线比较。2实验仪器方法二：与方法一比较，第(6)开始改动。如图3所示，在坐标纸上标出外电极内缘上DZ—IV型双层静电场测试仪、JDY型静电场的三个点，分别记为、B、C，用圆规做线段AB、描绘电源、模拟装置(同轴电缆)、游标卡尺、圆BC的中垂线，相交于0点，则0点即为圆心。测规、刻度尺。出各个等势点到圆心的距离，算出平均值，即为该3实验步骤等势线的半径。然后以这个半径画出等势线。其他步骤相同。方法一：测量无限长同轴圆柱间的电势分布。(1)在测试仪上层板上重叠放定两张坐标记录纸(试验

7、中不得有相对移动)，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—2mlTl的图3实验作图示例距离。(3)接通电源，K扳向“电压输出”位置。调4测量及计算结果节交流输出电压，使AB两电极间的电压大约为12．o0V左右，确定后保持不变。模拟电场分布测试数据：(4)移动探针，在A电极附近找出电势为10．00=12．O0±0．0lVV的点，用上探针在坐标纸上扎孔为记。同理再在A2a=(1．616±0

8、．002)X10m周围找出电势为10．00V的等势点8个，扎孔为记。2b=(8．572-I-0．002)X10m(5)移动探针，在4电极周围找出电势分别0=(0．808±0．001X10m为8．00V，6．00V，4．00V，2．00V的各8个等势点b=(4．286±0．001)X10-2in(操作中也可以是1．20V，3．02V等且圆越大，应方法一：多找几点)，方法如步骤(4)。静电场描绘的一种改进方法51社，101—104．参考文献：[5]张宪魁，王欣．物理实验数据的处理方法[