用模拟法测绘静电场汇总课件.ppt

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1、§3.2用模拟法测绘静电场【预习重点】1.用稳恒电流场模拟法测绘静电场的原理和方法。2.预习两点电荷、同轴柱面、聚焦电极的电场分布情况。【实验目的】1.学习用稳恒电流场模拟法测绘静电场的原理和方法。2.加深对电场强度和电位概念的理解。3.测绘点状电极、同心圆电极、聚焦电极的电场分布情况构造一个与研究对象的物理过程或现象相似的模型，通过对该模型的测试实现对研究对象进行研究和测量，这种方法称为“模拟法”。【实验原理】本实验用点状电极、同心圆电极、聚焦电极产生的稳恒电流场分别模拟两点电荷、同轴柱面带电体、聚焦电极形状的带电体产生的静电场

2、。一、模拟的理论依据引入电位U，则电场强度；电场强度矢量E和电流密度都遵从高斯定理。对于静电场，电场强度在无源区域内满足以下积分关系对于稳恒电流场，电流密度矢量J在无源区域内也满足类似的积分关系若稳恒电流场空间均匀充满了电导率为σ的不良导体，不良导体内的电场强度E′与电流密度矢量J之间遵循欧姆定律：二、模拟长同轴圆柱形电缆的静电场以同轴圆柱形电缆的静电场和相应的模拟场——稳恒电流场来讨论这种等效性。距轴心O半径为r处的各点电场强度为电位为：若r=rb时Ur=Ub=0，则有代入得距中心r处电场强度为建立起一个稳恒电流场Er′。可以证

3、明不良导体中的稳恒电流场Er′与原真空中的静电场是相同的Er。设材料的电阻率为ρ(ρ=1/σ)，则从半径为r的圆周到半径为r+dr的圆周之间的不良导体薄块的电阻为半径r到rb之间的圆柱片电阻为由此可知，半径ra到rb之间圆柱片的电阻为若设Ub=0，则径向电流为距中心r处的电位为则稳恒电流场Er′为显而易见，稳恒电流场Er′与静电场E的分布也是相同的三、模拟条件用稳恒电流场模拟静电场的条件可以归纳为下列三点。（1）稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中的带电体几何形状相同；（2）稳恒电流场中的导电介质应是不良导体且电导率分布均匀

4、，并满足σ电极>>σ导电质才能保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等位面。（3）模拟所用电极系统与被模拟静电场的边界条件相同。四、静电场的测绘方法场强E在数值上等于电位梯度，方向指向电位降落的方向。考虑到E是矢量，而电位U是标量，从实验测量来讲，测定电位比测定场强容易实现，所以可先测绘等位线，然后根据电力线与等位线正交的原理，画出电力线。这样就可由等位线的间距确定电力线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反映出来。1.电极架【实验仪器】1.电极架上层及记录纸2.支柱3.电极架下层4.水槽电极2.同步探针1.底座2.接线柱3.

5、探针臂4.上探针5.下探针3.描绘仪电源4.水槽电极【实验内容】、测量1.取点状水槽电极放入电极架下层，接通电源。2.令同步探针的下探针分别与水槽电极的两极接触，观察电压指示的变化。旋转电压调节旋钮，使两极间的电位差为12V，找出2V、4V、6V、8V、10V电压值对应的等位点。每个设定电压值的等位点至少取10个点。3.将电位相等的点连成光滑曲线即成为一条等位线。4.将水槽电极改为同心圆水槽电极，换另一张坐标纸。重复2、3，画等位线。5.将水槽电极改为聚焦水槽电极，换另一张坐标纸。重复2、3，画等位线。二、画图1.标出每条等位线代

6、表的电压值，写图名。2.根据电力线场等位线正交的关系，画出电场线。【注意事项】1.两电极间的电压调为12V后，测量过程中要保持不变。2.水槽电极放置时位置要端正、水平。避免等位线失真。3.使用同步探针时，应轻移轻放，避免变形，以致上、下探针不同步。测量时，应轻轻正按上探针按钮，使探测点与描绘点对应。4.实验结束后，将水槽中的水倒掉并将倒扣放置，避免电极氧化生锈。