模拟法测绘静电场分布 模拟法测绘静电场分布实验小结

静电场模拟测绘的[原理]

电场强度和电势是表征电场特性的两个基本物理量,为了形象地表示静电场,常采用电场线(曾称电力线)和等势面来描绘静电场.电场线与等势面处处正交,因此有了等势面的图形就可以大致画出电场线的分布图,反之亦然.

模拟法测绘静电场分布 模拟法测绘静电场分布实验小结

模拟法测绘静电场分布 模拟法测绘静电场分布实验小结

静电场的描绘是什么？

静电场的描绘是一个物理实验。在一些科学研究和生产实践中，往往需要了解带电体周围静电场的分布情况。一般来说带电体的形状比较复杂，很难用理论方法进行计算。用实验手段直接研究或测绘静电场通常也很困难。

因为仪表（或其探测头）放入静电场，总要使被测场原有分布状态发生畸变，除静电式仪表之外的一般磁电式仪表是不能用于静电场的直接测量，因为静电场中不会有电流流过，对这些仪表不起作用。所以，人们常用“模拟法”间接测绘静电场分布。

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，U是标量，从实验测量来讲，测量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原理，画出电力线。这样就可由等位线的间距，电力线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反映出来。

电场描绘实验

静电场描绘仪（包括水槽、双层固定支架、同步探针等），如图3所示，支架采用双层式结构，上层放记录纸，下层放带电极水槽。并将电极引线接出到外接线柱上，电极间有电导率远小于电极且各向均匀的导电介质水。

接通交流电源就可进行实验。在导电玻璃和记录纸上方各有一探针，通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上，两探针始终保持在同一铅垂线上。移动手柄座时，可保证两探针的运动轨迹是一样的。

由水槽上方的穿梭针找到待测点后，按一下记录纸上方的探针，在记录纸上留下一个对应的标记。移动同步探针在水槽中找出若干电位相同的点，由此即可描绘出等位线。

【实验8静电场描绘】静电场描绘实验

实验十：静电场测绘

2008年12月2日

一、目的与要求

1、学习用模拟法测绘静电场的分布

2、加深对电场强度和电势概念的理解

二、实验原理

1、同轴电缆电场和电势分布

同轴电缆的等势线是一簇同心圆，距离轴心r处的电势Ur由式

ln(b/r)

Ur=Ua ------------------决定，同时可导出等势半径r的表达式：

ln(b/a)

R=a^n×b^1-n式中， n=Ur/Ua,则可知电势T

Ur越高（越接近Ua）,其相应的等势线半径r越小。

2、静电场的描绘方法

dUr Ua 1

由Er=-------- = ---------------可知，场强E在数值上等于电势梯度，方向指向电势降落的方向，考虑到E是矢量，u 是标量，从实验测量来讲，测定电势比测定场强容易实现，所以可先测绘等势线，然后根据电场线与等势线正交原理，画出电场线。这样就可由等势线的间距及电场线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反映出来。

Dr ln(b/a) r

三、实验仪器

静电场测绘仪（包括模拟电极和电源）、检流计、电阻箱、毫米方格纸及导线等。

四、数据处理

【图】

表1

a=8.98㎜ b=48.44㎜

其中，p由坐标图测得，

TraR=a^n×b^1-n n=u/u

其中：n=u/u=R/R

所以n=700Ω/1000Ω=0.7 rar总 1

n=500Ω/1000Ω=0.5 2

n=300Ω/1000Ω=0.3

所以： 3

R=a^n×b^1-n T1

=8.98^0.7×48.44^0.3=14.9ΩR= a^n×b^1-n T2

=8.98^0.5×48.44^0.5=20.9ΩR= a^n×b^1-n T3

=8.98^0.3×48.44^0.7=29.2Ω 所以:

E1=|R-R|/R×p1T1T1

=(17.7-14.9) /14.9× =18.8%

E2=|R-R|/R× p2T2T2

=(24.6-20.9)/20.9×

=17.7%

E3=|R-R|/R× p3T3T3

=(37.1-29.2)/29.2× =27.1%

五、分析与讨论

本次实验通过模拟法测绘静电场的分布，通过改变不同的电势值描绘出不同的等势线。在描绘同轴电缆的等势线簇时，要确定好等势圆的圆心。电势越高其相应的等势线半径越小，同轴电缆的电场强度的大小与半径成反比。越靠近电极，电场越强，电场线越密。测量等势线的半径与理论值相减，求出百分误。本次实验百分误较小，准确度较高。

模拟法描绘静电场哪些地方场强较强

为什么用电势而不用电场强度来测绘静电场

答：首先电场强度很不容易测量（至今没有测量电场强度的仪器），所以用电场线和等势面垂直的特点，用等势线描述电场线，利用灵敏电流计找出电势相等的点画出等势面，进而画出电场线，从而测绘静电常 实验中用到测电笔、灵敏电流计、电极、直流电源、因为电势是有方向的

模拟法测绘静电场 电源电压增加一倍 等位线和电力

用模拟法测绘静电场思考题

答：1:带电情况怎么样的？ 2:没有一定关系，沿电场线的方向电势逐渐减弱 点电荷激发的电场越靠近电荷电场强度越高。匀强电场场强处处相等！ 3:建立直角坐标描点连线

模拟法测绘静电场,为什么要求电极的电导率远大于导电介质的电导率?

测电场分布其实测的是每一个点对应的电位值。 简单点说，测量点到施加电压点的距离确定了电阻大小，也就确定了电位的大小。 如果表笔测量电阻太大，这不是串联了一个大电阻吗？影响测量电压的准确性。

电极是等势体导电介质，不是等势体说明电极相对介质是导体。如果不满足，介质中的稳恒电流场与模拟电场不同。低输入阻抗电表的两端测量电势要很小，否则电流太大测量会很困难，甚至烧坏电表。

静电场模拟测绘

静电场的研究有多种方法，模拟法就是一种重要的实验方法·两个物理量之间，只要具有相同的物理模型或相同的数学表达式，就可以用一个物理量去定量地或定性地模仿另一个物理量，这种方法称为模拟法·模拟法。

不是直接研究某一物理量或过程本身，而是利用与这个物理量或过程相似的模型来进行研究·本实验的特点是，仿造一个与静电场完全类似的模拟场，当用探针探测它时，它不受干扰，因而可以把对模拟场的实验结果，推广和应用于静电场。

原理

电场强度和电势是表征电场特性的两个基本物理量,为了形象地表示静电场,常采用电场线(曾称电力线)和等势面来描绘静电场.电场线与等势面处处正交,因此有了等势面的图形就可以大致画出电场线的分布图,反之亦然。

由电磁学理论可知,无自由电荷分布的各向同性均匀电介质中的静电场的电势、与不含电源的各向同性均匀导体中稳恒电流场的电势,两者所遵从的物理规律具有相同的数学表达式。

在相同的边界条件下,这两种场的电势分布相似,因此只要选择合适的模型,在一定条件下用稳恒电流场去模拟静电场是可行的.下面通过实例来分析。

模拟法测绘静电场,电极内部画不画电场线

模拟法测绘静电场,电极内部画电场线。

形状不变，还是原来的形状但是加电压后，由于两点间电势增大，因此电场线分布变得更密集，等等势线的分布也更加密集。

对稳恒场而言，微分方程及边界条件地决定了场的结构或分布，若两种场满足相同的微分方程及边界条件，则结构也必然相同，静电场与模拟区域内的稳恒电流场具有形式相同的微分方程，只要满足形式相同的边界条件，则两者必定有相同的场结构。

根据静电场的高斯定理：

静电场的电场线起于正电荷或无穷远,终止于负电荷或无穷远，故静电场是有源场，从安培环路定理来说它是一个无旋场。

根据环量定理，静电场中环量恒等于零,表明静电场中沿任意闭合路径移动电荷，电场力所做的功都为零，因此静电场是保守场．

根据库仑定律，两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，即=（/,其中、为两电荷的电荷量（不计正负性）、为静电力常量，约为9.0e+09（牛顿·米2）/（库伦2;），r为两电荷中心点连线的距离。

注意事项：

在联线时要注意使用下层的电极，就要把接线插在下层电极的接线口，若使用上层的电极，就要把接线插在上层电极的接线口。

静电场与稳恒电流场本是两种不同场，但是两者之间在一定条件下具有相似的空间分布，即两场遵守的规律在形式上相似，都可以引入电位U，而且电场强度E=-△U/△l，都遵守高斯定理。

静电场的模拟实验原理

静电场的模拟实验原理是为了形象地表示静电场，常采用电场线(曾称电力线)和等势面来描绘静电场，这就是模拟法测绘静电场。

静电场（electrostatic field），是由静止电荷(相对于观察者静止的电荷)激发的电场。它是电荷周围空间存在的一种特殊形态的物质，其基本特征是对置于其中的静止电荷有力的作用。库仑定律描述了这个力。

根据静电场的高斯定理：

静电场的电场线起于正电荷或无穷远,终止于负电荷或无穷远，故静电场是有源场．

从安培环路定理来说它是一个无旋场。

根据环量定理，静电场中环量恒等于零,表明静电场中沿任意闭合路径移动电荷，电场力所做的功都为零，因此静电场是保守场．

根据库仑定律，两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，即=（/,其中、为两电荷的电荷量（不计正负性）、为静电力常量，约为9.0e+09（牛顿·米2）/（库伦2;），r为两电荷中心点连线的距离。

注意，点电荷是不考虑其尺寸、形状和电荷分布情况的带电体。是实际带电体的理想化模型。当带电体的距离比它们的大小大得多时，带电体的形状和大小可以忽略不计的点电荷。