华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,静电场测绘,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,1.研究什么？用何种方法？ 2.实验中用什么场来模拟静电场？ 3.稳恒电流场形成的条件是什么？ 4.本实验研究何种静电场？ 5.直接测量量？用何种方法？ 6.等势面与电场线的关系？ 7.仪器设置的巧妙之处。,思考与讨论的问题,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,实验目的,研究静电现象或电子束的运动规律时，需要了解静电场的电场分布情况,学习用稳恒电流场模拟静电场的原理和方法； 加深对电场强度和电势概念的理解； 同轴电缆、平行输电线的电场分布情况。,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,复杂计算,静电，无电荷移动，用磁电式仪器不能直接测量,模拟法,理论计算,直接测量,以理论为基础，不直接研究自然现象本身，而用相似的模型来进行研究,实验原理,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,什么是模拟法？ 模拟法在科学实验中有着极其广泛的应用，其本质是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现的、不易测量的状态和过程。 为什么要采用模拟法？ 在一些电子器件和设备中有时需要知道其中的电场分布，一般都通过实验的方法来确定。但是在直接测量静电场也遇到很大困难，主要困难在于把探针伸入静电场时，探针上会产生感应电荷，使原电场产生显著的畸变，故实验时常用模拟方法来测量！,模拟法,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,数学模拟：两个不同本质的物理过程，用 同一个数学方程来描述,模拟法分类,物理模拟：保持同一物理场本身，相同的物理现象/过程缩小或放大模拟再现：“风洞”的飞机模型模拟实际飞机在大气中的飞行,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,A、B间 不良导体,A,B 之间形成径向电流， 建立了一个稳恒电流场, 该电流场的场强和真空中的静电场场强在数学公式上是相等的。,稳恒电流场形成的条件,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,模拟的条件,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； 稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足电极电导率远远大于介质的电导率； 模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。,模拟方法的使用有一定的范围，不能任意推广，否则将会得到荒唐的结论。用稳恒电流场模拟静电场的条件可以归纳为以下几个方面：,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,直接测量量,间接测量物理量:场强E,为矢量,不易测量,直接测量物理量:电势U, 标量,容易测量 场强方向和电势面垂直相交,从 “+” 到 “-”,描绘,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,点电荷-同轴电缆,模拟,点电荷,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,E,5,9,电偶极子-平行输电线,模拟,等量异号电荷,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,电压表法,检流计法,好？,+,-,C,等势面的测量方法,好,1.直接法（电压表法） 工作电压设置：将“直接、检零”开关置于“直接”档； 将“测量、校正”开关置于“校正”档； 调节“电压调节”旋钮，使电表显示10V。 等势面测量：将“测量、校正”开关置于“测量”档； 移动探笔，寻找等势点，并开始测量。,2.检零法（检流计法） 工作电压设置：同上 待测等势面电势设定：“直接、检零” 开关置于“检零”档 将“设定、检零” 开关置于“设定”档； 调节“设定调节”旋钮调到所需的电势值。 等势面测量：将“设定、检零” 开关置于“检零”档； 移动探笔，寻找指示器指示为零的点，并开始测量,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,实验仪器,等臂原理,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,实验内容,1.用电压表法测绘平行输电线（模拟电偶极子电场）的等势 线簇（1、3、5、7、9V）； 2.用检零法（检流计法）测绘同轴电缆（模拟点电荷电场） 的等势线簇（1，3，5V）； 3.记录点电荷各等势点的坐标，上机处理数据，观察等势圆 的拟合情况，记下各圆实测半径RP和圆心坐标，并与理论 半径RT 比较，计算百分误差E（）； 4.根据电场线与等势面的关系，画出电场线。（测绘等势 点时应注意点的分布情况，并描下电极位置）,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,操作步骤,坐标纸固定好；,实验过程中不能移动 ？,2. 调节两个电极间电压为10.0V；,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,1.00,3.00,5.00,7.00,9.00,+,-,测绘结果-电偶极子,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,数据处理,画一条曲线需要取7-8点,电势面、电场线实验后再画出,自取坐标原点，读出各个实验点坐标，输入计算机， 得到各电势面半径实验值Rp，圆心坐标（x0,y0).,如何评价实验的准确性？,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,误差,RP实验值,RT 理论值,取坐标,华东理工大学物理实验教学中心 East China University of Science and Technology,注意事项,1.掌握“先定性观察，后定量测量”的原则； 根据物理图像以及实验现象（检流计的偏转情 况）来判断电势的高低情况。 2. 一定要注意探针与导电纸的接触良好，但移 动探笔时应将它提起，否则容易破坏导电层。 3.对同一个等势面尽量从不同的方位找等势点。 4.电压值有一定的误差，对平行输电线等势线的 定性测绘不需要很精确。,