大學(xué)物理實驗：用電流場模擬靜電場.ppt

用 電 流 場 模 擬 靜 電 場,浙江大學(xué)物理實驗中心,電荷的分布決定了靜電場的形狀。但是在大多數(shù)情況下，不能得到數(shù)學(xué)解，要依靠實驗方法來得到。由于實驗中，進(jìn)行測量時必須依靠有能感知信號的探頭，然而任何探測頭的放入都會影響原有電場的分布。因此靜電場的直接測量是很難實現(xiàn)的。但用與靜電場對應(yīng)的恒定電流場之電位來模擬靜電場電位分布，是一個十分便利有效的實驗方法。這就是模擬法的例子。 模擬法是依據(jù)與欲探測的物理狀態(tài)（或過程）有相同的數(shù)學(xué)方程和邊界條件的另一個便于測量的物理狀態(tài)（或過程）來求得。 模擬法作為科學(xué)研究中的一種最基礎(chǔ)的方法，得到廣泛的應(yīng)用。,一、實 驗 目 的,1、加深對電場強(qiáng)度和電位概念的理解. 2、學(xué)習(xí)用模擬法測繪靜電場的原理和方法。,二、實 驗 原 理,（1）為什么要采用模擬法求解： 直接測量或描繪靜電場是很困難的，主要的因素有: 1、測量儀器只能采用靜電式儀表，而一般用的磁電式儀表要有電流才會有反應(yīng)，而靜電場不會有電流，自然不能起作用。 2、任何磁電儀表的內(nèi)阻均遠(yuǎn)小于空氣或真空電阻，在靜電場中引入電表要引起電場的畸變，使得測量毫無意義。 若要減小測量儀器對原有靜電場的影響只能采用電量很小的試探電荷，這對測量儀器靈敏度就必須提出很高的要求。 為了克服直接測量靜電場的困難，一般采用間接測量的方法模擬法,（3）模擬條件： 1、需要建立一個均勻分布導(dǎo)電 物質(zhì)的平面空間。 2、導(dǎo)電物質(zhì)的電導(dǎo)率要遠(yuǎn)比良導(dǎo)體物質(zhì)的電導(dǎo)率低。,三、實 驗 裝 置,四、實 驗 內(nèi) 容,1、描繪同軸圓柱間的靜電場電勢分布：,條件：電源電壓U1=10V，小圓柱半徑ra，電勢Ua=10V，大圓柱半徑rb，電勢Ub=0V ，在半徑為r 處，電勢Ur,（3）：將“電表指示”開關(guān)撥向“測量”檔；將探針伸入電極架并與電極板的導(dǎo)電玻璃接觸，此時電表應(yīng)有讀數(shù)。探針與低電勢電極接觸，讀數(shù)為零。 探針與高電勢電極接觸，讀數(shù)與“電表指示”開關(guān)撥向“校正”檔時相同(如10V) 。,（4）：在電極架板上的適當(dāng)位置壓上白紙，測繪不同電勢數(shù)值的等勢線。移動探針座，讓上下探針在電極板上緩慢移動，同時注意電壓表讀數(shù)。當(dāng)讀數(shù)達(dá)到所需電勢值時，按下探針，在描圖紙上確定一個點。按同樣的方法得到與這一電勢值對應(yīng)的一系列等電勢點，連接這些等勢點就構(gòu)成了一條等勢線。,點擊下圖觀看操作過程,3、同軸圓柱間等位線與電力線的分布,（2）描繪聚焦電極的電場分布( 選做） 利用圖所示模擬模型，測繪陰極射線示波管內(nèi)聚焦電極間的電場分布。 要求測出79條等位 線，相鄰等位線間的 電位差為1伏。該場 為非均勻電場，等位 線是一蔟互不相交的 曲線，每條等位線的 測量點應(yīng)取得