模拟法描绘静电场.docx

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1、模拟法描绘静电场或1lnCrkVVr+?=(3)式(3)表明半径为r处的相对电势/与rV1Vrln成直线关系，并且/仅仅是坐标rV1Vr的函数，与的大小无关。(为中心柱面处的电势)1V1V假如导体A、B间存在的不是静电场而是直流电流场，上述的/与rV1Vr的函数关系仍然成立。由于在两种情况下场的分布是一样的。实验仪器静电场描绘仪如图2所示，电极A和电极B分别接电源的正极和负极，电极A的半径为，电极B的内半径为，在A、B间有导电纸可通直流电流，其电场分布情况大致如图1所示。等势线是一系列围绕电极A的同心圆。移动同步探针在导电碳膜上寻找所需的等电势点。用与探针同步移动的打孔针在静电场描绘仪上层的白

2、纸上记录下该点的位置。再依次寻找其它的等电势点。用上述方法就可描绘出一系列的等势线的迹点来。1r2r实验步骤1.将图2的静电场描绘仪与电源箱连接好，先将电源箱左上角的选择开关置于“校准位置，将中心点电极的电势校准到10.00V。2.再将电源箱左上角的选择开关置于“测量位置，移动同步探针在中心圆形电极四周寻找8.00V即相对电势为80%的地方，把和探针同步的打孔针在白纸上按一个小洞，记录下这点的位置。3重复上述的步骤，在电极A周围再找出其它的等势点的位置，并记录在上面的白纸上。若将这样的等势点分布在电极A四周的八个方向，至少应寻找810点，并围成一圈成圆环状。把这些点用铅笔画成连续的等势线。4.

3、再依次用同步探针测出相对电势为60%、40%、20%的等势线。(一共要描绘4条等势线。)5.分别用几何作图求圆心法作出4个同心圆的圆心，并以各圆心的择中点为公共圆心，用圆规画出半径为和半径为的同心圆。1r2r6.在同轴柱面的内、外半径、及各等势线的同心圆上顺序标注各等势圆的相对电势100%、80%、60%、0%，再添绘8条对称的、处处与等势线垂直的径向电场线，即成模拟电场分布图。(注意：所画电场线要分布均匀，起点和终点要正确。)1r2r7.以相对电势(/)为纵轴，半径rV1Vr为横轴，在对数坐标纸上作(/)rV1Vrln关系曲线图。验证/与rV1Vrln的直线关系。数据处理本实验的数据处理就是

4、要画好两张图。一张是静电场分布的模拟图，一张是根据模拟图上测得的数据用对数坐标纸分析相对电势/与半径rV1Vr的关系图。由公式3有：1lnCrkVVr+?=可见，1VVr与rln成线性关系。当(为中心电极的半径)时，当1rr=1r1(/)100%rVV=理论2rr=(为外圈环形电极的内半径)时，2r0)/(1=理论VVr，(本实验中=1.0cm,=7.0cm)。在对数坐标纸上，将1r2rr、rln作为横坐标，/作为纵坐标。由于在平面上的两个点能够确定一条直线，所以用线段连接对数坐标纸上(1，1)与(7，0)两点，这线段即为理论曲线。再根据从模拟图上量得的4条等势线的平均半径值和它们各自所对应的

5、相对电势(要求列表表示)，据此在对数坐标纸上做出VrV1Vr/V1与r关系的实验曲线。假如实验做得较理想的话，这两条曲线(即理论线与实验线)应吻合得较好。否则，则应从实验上分析两条曲线重合不好的原因。(注意：在作图时，两条不同的曲线要用不同的颜色加以区分，并且在曲线旁边要加文字标注。)考虑题1.为何本实验中分析(Vr/V1)rln的关系时要采用对数坐标纸作图?可否用普通方格坐标纸作图?2.假如本实验中电源使用沟通电，电源的电动势不断随时间变化，能否会影响测定各等势线的位置?附录：关于对数坐标纸对数坐标纸又称为对数计算纸。在使用对数计算纸时，在有对数的坐标轴的方向上，坐标的意义是双重的：坐标的数值为真数，坐标点与起点间的长度为已计算好的对数值。比方：真数为1时，其对数值为0，所以在对数轴的起点刻度为1。其余2、3、10各真数的读数位置都按对数的比例分布在对数计算纸上。在进行数据处理时，若碰到对数计算时，可不必进行换算而直接在图上找真数的位置即可进行有关的图解计算。由于各种不同底数的对数相互之间成比例，所以对数坐标纸能够用于各种底数的对数计算。