静电场模拟实验教案.ppt

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1、模拟静电场 电场可以用电场强度E和电位V的空间分布来描述，常用电位的分布来描绘静电场。通常采用稳恒电流场模拟静电场的方法，即测量出与静电场对应的稳恒电流场的电位分布，从而确定静电场的电位分布。静电场的分布决定于电荷的分布。带电体周围静电场分布在科学研究和工程技术中有重要的作用。模拟法是以相似性原理为基础，是用一种易于实现，便于测量的物理状态或过程模拟另一种不易实现，不便测量的状态或过程。模拟法可以分成两大类：物理模拟和计算机模拟。物理模拟分为几何模拟、动力相似模拟、替代或类比模拟三类。本实验属于替代或类似模拟。【实验目的实验目的】（1）了解用稳恒电流场模拟静电场原理和条件；（2）学习用模拟法描

2、绘和研究静电场。【实验原理实验原理】当电流场中的电极与静电场中的导体有相同的形状和位置，并且有相同的电位差时，可以证明，这两种具有相同边界条件的相同方程，有相同的解，即有相同的电位分布。1、稳恒电流场模拟静电场的理论根据 采用均匀导电介质中的稳恒电流场来模拟真空中的静电场，因为它们有相似性。这两种场可以分别用两组对应的物理量来描述，这两组物理量遵循数学形式上相同的物理规律。2、模拟场要满足的条件（1）稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中的导体相同，且在场中的位置应一致；（2）电流场中的导电物质应为各向同性的均匀导电物质；（3）由于静电场中带电导体表面为一等势面。因此要求稳恒电流场中电极的

3、电导率要远大于导电物质的电导率。3、同轴电缆的电场分布情况【实验仪器实验仪器】DZ2型静电场描迹仪（包括水槽电极、描绘板、探针手柄、电源和电压表）。DZ-2型静电场描述仪1.电极槽 2.电极接线柱 3.记录针 4.探针5.纸夹 6.载纸板 7.探针接线柱【实验内容实验内容】1.描绘同轴电缆横截面上的电场分布图（1）向电极间注入自来水，水深不超过电极高度。再将其插入静电场描迹仪下层底板，连接好电路。（2）将探针压在内电极表面上，调节电源输出电压，使内电极电势为5V（3）取一张大小适度的白纸放在载纸板上，用纸夹将纸固定好。（4）将探针轻靠电极，描出两极边缘处的若干点。描点过程中不要碰动水槽（5）依

4、次描绘电势为1.00V、2.00V、3.00V、4.00V的若干个点，每根等势线上的点数不少于10个，并且分布比较均匀。【数据处理数据处理】1.描绘同轴电缆横截面和聚焦电极轴截面上的电场分布图（1）在记录了等势点的记录纸上画出电极（2）将记录的各等势点用虚线连成光滑的等势线，标出电势值。（3）根据电力线与等势线正交的关系，从正极出发，以适当的密度（疏密对应于场强的大小），用实线作出电力线分布图，标出方向。2.同轴电缆电场实际分布与理论值比较（1）计算出所描各等势线半径的理论值中。(2)在各等势线上选取数条直径,根据直径平均值算出各等势线（包括电极）的半径（3）将各等势线半径的实验值与理论值比较，计算百分误差。请认真预习、准备预习报告、请认真预习、准备预习报告、按要求完成实验，按时完成按要求完成实验，按时完成并交实验报告并交实验报告