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1、静电场测绘静电场测绘本讲稿第一页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology 1.研究什么？用何种方法？研究什么？用何种方法？2.实验中用什么场来模拟静电场？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？稳恒电流场形成的条件是什么？4.本实验研究何种静电场？本实验研究何种静电场？5.直接测量量？用何种方法？直接测量量？用何种方法？6.等等势势面与电场线的关系？面与电场线的关
2、系？7.仪器设置的巧妙之处。仪器设置的巧妙之处。思考与讨论的问题本讲稿第二页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology实验目的研究静电现象或电子束的运研究静电现象或电子束的运动规律时，需要了解静电场动规律时，需要了解静电场的电场分布情况的电场分布情况1.学习用稳恒电流场模拟静电场的原理和方法；学习用稳恒电流场模拟静电场的原理和方法；2.加深对电场强度和电势概念的理解；加深对电场强度和电
3、势概念的理解；3.同轴电缆、平行输电线的电场分布情况。同轴电缆、平行输电线的电场分布情况。本讲稿第三页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology复杂复杂计算计算静电，静电，无电荷移动，用磁电无电荷移动，用磁电式仪器式仪器不能不能直接测量直接测量模拟法模拟法理论计算理论计算直接测量直接测量以理论为基础，不直接研究自然现以理论为基础，不直接研究自然现象本身，而用相似的模型来进行研象本身，而
4、用相似的模型来进行研究究实验原理本讲稿第四页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology什么是模拟法？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，其本质是用一种是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易易于实现、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实现的、不易测量的状态和过程。为什么要采用模拟法？为什么要
5、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，使时，探针上会产生感应电荷，使原电场产生显著的畸变原电场产生显著的畸变，故实验时常用模拟方法来测量！故实验时常用模拟方法来测量！模拟法本讲稿第五页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science
6、and TechnologyEast China University of Science and Technology数学模拟数学模拟：两个不同本质两个不同本质的物理过程，用的物理过程，用同一个数学方程来描述同一个数学方程来描述模拟法分类模拟法分类物理模拟：物理模拟：保持同一物理场本身，相同保持同一物理场本身，相同的物理的物理现象现象/过程缩小或放大模拟再现：过程缩小或放大模拟再现：“风洞风洞”的飞的飞机模型模拟实际飞机在大气中的飞行机模型模拟实际飞机在大气中的飞行本讲稿第六页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of
7、 Science and TechnologyEast China University of Science and TechnologyABA A、B B间间不良导体不良导体A,B A,B 之间形成径向电流，之间形成径向电流，建立建立了一个稳恒电流场了一个稳恒电流场,该电流场该电流场的场强和真空中的静电场场强的场强和真空中的静电场场强在数学公式上是相等的。在数学公式上是相等的。稳恒电流场形成的条件稳恒电流场形成的条件本讲稿第七页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEa
8、st China University of Science and Technology模拟的条件模拟的条件a)稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场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；中的带电体几何形状相同；b)稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率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分布均匀，并满足电极电导率远远大于介质的电导率；电导率；c)模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。件相同。模拟方法的使用有一定的范围，不能任意推广，否则模拟方法的使用有一定的范围，不能
9、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：以归纳为以下几个方面：本讲稿第八页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology直接测量量直接测量量间接测量物理量间接测量物理量:场强场强E,E,为矢量为矢量,不易不易测量测量直接测量物理量直接测量物理量:电势电势U,U,标量标量,容易容易测量测量场强方向
10、和电势面垂直相交场强方向和电势面垂直相交,从从 “+”到到 “-”描描绘绘本讲稿第九页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and TechnologyEab点电荷点电荷-同轴电缆同轴电缆模拟模拟点电荷点电荷本讲稿第十页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China Unive
11、rsity of Science and TechnologyE59731电偶极子电偶极子-平行输电线平行输电线模拟模拟等量异号电荷等量异号电荷本讲稿第十一页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology电压表法电压表法检流计法检流计法C+-V好？好？G+-C等势面的测量方法等势面的测量方法好好1.1.直接法（电压表法）直接法（电压表法）工作电压设置工作电压设置：将：将“直接、检零直接、检
12、零”开关置于开关置于“直接直接”档；档；将将“测量、校正测量、校正”开关置于开关置于“校正校正”档；档；调节调节“电压调节电压调节”旋钮，使电表显示旋钮，使电表显示10V。等势面测量等势面测量：将：将“测量、校正测量、校正”开关置于开关置于“测量测量”档；档；移动探笔，寻找等势点，并开始测量。移动探笔，寻找等势点，并开始测量。2.检零法（检流计法）检零法（检流计法）工作电压设置工作电压设置：同上：同上待测等势面电势设定待测等势面电势设定：“直接、检零直接、检零”开关置于开关置于“检零检零”档档 将将“设定、检零设定、检零”开关置于开关置于“设定设定”档；档；调节调节“设定调节设定调节”旋钮调到
13、所需的电势值。旋钮调到所需的电势值。等势面测量等势面测量：将：将“设定、检零设定、检零”开关置于开关置于“检零检零”档；档；移动探笔，寻找移动探笔，寻找指示器指示为零指示器指示为零的点，并开始测量的点，并开始测量本讲稿第十二页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology实验仪器实验仪器 等臂原理等臂原理本讲稿第十三页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心Eas
14、t China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology实验内容实验内容1.1.用用电压表法电压表法测绘平行输电线（模拟电偶极子电场）的等势测绘平行输电线（模拟电偶极子电场）的等势 线簇（线簇（1 1、3 3、5 5、7 7、9V9V）；）；2.2.用检零法（用检零法（检流计检流计法）测绘同轴电缆（模拟法）测绘同轴电缆（模拟点电荷点电荷电场）电场）的等势线簇（的等势线簇（1 1，3 3，5V5V）；）；3.3.记录记录点电荷点电荷各等势点的坐标，上机处理数据，观察等势圆
15、各等势点的坐标，上机处理数据，观察等势圆 的拟合情况，记下各圆实测半径的拟合情况，记下各圆实测半径R RP P和圆心坐标，并与理论和圆心坐标，并与理论 半径半径R RT T 比较，计算百分误差比较，计算百分误差E E（）；（）；4.4.根据电场线与等势面的关系，画出电场线。（测绘等势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）点时应注意点的分布情况，并描下电极位置）本讲稿第十四页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast C
16、hina University of Science and Technology操作步骤操作步骤1.坐标纸固定好；坐标纸固定好；实验过程实验过程中不能移中不能移动动？2.2.调节两个电极间电压为调节两个电极间电压为10.0V10.0V；10.00v本讲稿第十五页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology 1.003.005.007.009.00+-测绘结果测绘结果-电偶极子电偶极子本
17、讲稿第十六页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology数据处理数据处理画一条曲线需要画一条曲线需要取取7-87-8点点电势面、电场线实验后再画出电势面、电场线实验后再画出E EE Ea ab b自取坐标原点，读出各个实验点坐标，输入计算机，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得到各电势面半径实验值RpRp，圆心坐标（，圆心坐标（x x0 0,y,y0 0
18、).).如何评价实验的准如何评价实验的准确性？确性？本讲稿第十七页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China University of Science and Technology误差误差EabR RP P实验值实验值R RT T 理论值理论值取取坐坐标标本讲稿第十八页，共十九页华东理工大学物理实验教学中心华东理工大学物理实验教学中心East China University of Science and TechnologyEast China Univ
19、ersity of Science and Technology注意事项注意事项1.1.掌握掌握“先定性观察，后定量测量先定性观察，后定量测量”的原则；的原则；根据物理图像以及实验现象（检流计的偏转情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。况）来判断电势的高低情况。2.2.一定要注意探针与导电纸的接触良好，但移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，动探笔时应将它提起，否则容易破坏导电层否则容易破坏导电层。3.3.对同一个等势面尽量从不同的方位找等势点。对同一个等势面尽量从不同的方位找等势点。4.4.电压值有一定的误差，对平行输电线等势线的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。定性测绘不需要很精确。本讲稿第十九页，共十九页