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1、用模拟法测绘静电场实验报告范文!篇一：广工用模拟法测绘静电场实验篇二：模拟法测绘静电场实验4模拟法测绘静电场实验报告【摘要】随着静电应用、静电防护和静电现象研究的日益深入，常需要确定带电体周围的电场分布情况.用计算方法求解静电场的分布一般比较复杂和困难，一般很难写出他们在空间的数学表达式，而且，直接测量静电场需要复杂的设备，对测量技术的要求也高，因此，通常采用实验方法-模拟法来研究和测量静电场.即用稳恒电流场模拟静电场进行测量，通过本实验希望学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场，加深对各物理场概念的理解并复习最小二乘法处理实验数据的方法。【关键字】模拟法最小二乘法静电场Mathemat
2、ica【引言】电场强度和电位是描述静电场的两个主要的物理量，为了形象地描述电场中场强和电位的分布情况，人们人为地用电力线和等势面来进行描述。但任一带电体在空间形成的静电场的分布，即电场强度和电位的分布情况很难测量，通常采用实验方法来研究。本实验采用模拟法测量，希望较准确模拟静电场分布情况。【正文】1实验原理：同轴圆柱面的电场、电势分布图1、同轴圆柱面的静电场分布图2、稳恒电流的电场分布（1）静电场：根据理论计算，A、B两电极间半径为r处的电场Ra电势为：VVARlnbaln（2）稳恒电流场：在电极A、B间用均匀的不良导体连接或填充时，接上电源后，不良导体中就产生了从电极A均匀辐射状地流向电极B
3、的电流。半径为rRb的圆柱面的电势为：VVAlnbaln稳恒电流场与静电场的电势分布的数学表达式是相同的。由于稳恒电流场和静电场具有这种等效性，因此要测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流场的分布就行了。2实验内容与步骤：定性研究无限长同轴圆柱间的电势分布。（1）在测试仪上层板上放定一张坐标记录纸，下层板上放置同轴圆柱面电场模拟电极。（2）接好电路。（3）接通电源，开关指向“电压输出”位置。调节使AB两电极间的电压为交流10V，保持不变。（4）移动探针，在A电极附近找出电势为10V的点，用上探针在坐标纸上扎孔为记。同理再在A周围找出电势为10V的等势点8-10个。（5）移动探针，在A电极周围
4、找出电势分别为9V，7V，5V，3V,1V的各8-10个等势点（圆越大，应多找几点）。（6）分别把等势点连成等势线，确定圆心O的位置。定量计算无限长同轴圆柱间的电势分布：（1）-(5)同1中的。（6）量出各条等势线的坐标r，并分别求其平均值。（7）用游标卡尺分别测出电极A和B的直径2a和2b3数据记录与处理：（最小二乘法）：用实验报告【实验目的】1懂得模拟实验法的适用条件。2对于给定的电极，能用模拟法求出其电场分布。3加深对电场强度和电势概念的理解【实验仪器】双层静电场测试仪、模拟装置（同轴电缆和电子枪聚焦电极）。实验原理【实验原理】1、静电场的描述电场强度E是一个矢量。因此，在电场的计算或测
5、试中往往是先研究电位的分布情况，因为电位是标量。我们可以先测得等位面，再根据电力线与等位面处处正交的特点，作出电力线，整个电场的分布就可以用几何图形清楚地表示出来了。有了电位U值的分布，由EU便可求出E的大小和方向，整个电场就算确定了。2、实验中的困难实验上想利用磁电式电压表直接测定静电场的电位，是不可能的，因为任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，而静电场是无电流的。再则任何磁电式电表的内阻都远小于空气或真空的电阻，若在静电场中引入电表，势必使电场发生严重畸变；同时，电表或其它探测器置于电场中，要引起静电感应，使原场源电荷的分布发生变化。人们在实践中发现，有些测量在实际情况下难于进行时，可
6、以通过一定的方法，模拟实际情况而进行测量，这种方法称为“模拟法”。3、模拟法理由两场服从的规律的数学形式相同,如又满足相同的边界条件,则电场、电位分布完全相类似，所以可用电流场模拟静电场。这种模拟属于数学模拟。静电场(无电荷区)稳恒电流场(无电流区)DEDdS0Edl0UbEdlabajEjdS0Edl0UbEdlaba4、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E20rA、B两电极间任一半径为r的柱面的电势为bVVAblnaln（2）稳恒电流场在电极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，接上电源（设输
7、出电压为VA）后，不良导体中就产生了从电极A均匀辐射状地流向电极B的电流。电流密度为Ej式中E为不良导体内的电场强度，为不良导体的电阻率。半径为r的圆柱面的电势为bVVAblnaln图1、同轴圆柱面的电场分布图2、不良导体圆柱面电势分布结论：稳恒电流场与静电场的电势分布是相同的。由于稳恒电流场和静电场具有这种等效性，因此要测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流场的分布就行了。实验内容1、测量无限长同轴圆柱间的电势分布。（1）在测试仪上层板上放定一张坐标记录纸，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）按图17-5接好电路。调节探针，使下探针浸入自来水中，触及
8、水槽底部，上探针与坐标纸有1-2mm的距离。（3）接通电源，K2扳向“电压输出”位置。调节交流输出电压，使AB两电极间的电压为交流12V，保持不变。（4）将交流毫伏表与下探针连接。移动探针，在A电极附近找出电势为10V的点，用上探针在坐标纸上扎孔为记。同理再在A周围找出电势为10V的等势点7个，扎孔为记。（5）移动探针，在A电极周围找出电势分别为8V，6V，4V，2V的各8个等势点（圆越大，应多找几点），方法如步骤（4）。（6）分别用8个等势点连成等势线（应是圆），确定圆心O的位置。量出各条等势线的2坐标r，并分别求其平均值。（7）用游标卡尺分别测出电极A和B的直径2a和2b（8）按式（174
9、）计算各相应坐标r处的电势的理论值V理，并与实验值比较，计算百分差。2、测量聚焦电极的电势分布（选做）分别测10.0V、9.0V、8.0V、7.0V、6.0V、5.0V、4.0V、3.0V、2.0V、1.0V、0V等，一般先测5.0V的等位点，因为这是电极的对称轴。步骤同上数据记录模拟电场分布测试数据V理(V)r(cm)V理10.0？8.01181721%6.01506.3149%4.02154.1434%3.02.5531238%2.0？1.03581.0765%V实V理V理(%)？处理：1、用圆规和曲线板绘出园柱形同轴电缆电场等位线(注意电极的位置).2、根据电力线垂直等位面,绘出电力线.
10、3、在圆柱形电缆电场分布图上量出各等位线的半径,计算V并与理论值比较,求出其相对误差.rln(1)8.17(V)；（1）r11.1cm；则V1VAln()bEvV实V理V理100%2.2%rln(1)6.31(V)；（2）r21.5cm；则V2VAln()bEvV实V理V理100%5.0%（3）（4）（5）同上3结果分析：(1)实验误差主要由电源电压的输入阻抗引起，输入阻抗越大，误差越小，结果越好。(2)等势面由人工拟合，因此半径的计算较粗糙，估计至少r0.2cm，分析对第一组的影响，rVrV8.00.2由VVA知，VrA1.09Var1.1rlnlnlnbb2.1451.09Ev100%12%8ln说明在确定数据点时，一定要保证装置以及操作的稳定性，另外数据尽量多，以减少实验值的波动性。4