電磁場(chǎng)繪實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一：靜電場(chǎng)模擬與描繪實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)用模擬方法來(lái)測(cè)繪具有相同數(shù)學(xué)形式的物理場(chǎng)；2、描繪出分布曲線及場(chǎng)量的分布特點(diǎn)；3、加深對(duì)各種物理場(chǎng)概念的理解；4、初步學(xué)會(huì)用模擬法測(cè)量和研究二維靜電場(chǎng)。二、實(shí)驗(yàn)原理1用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)模擬法本質(zhì)上是用一種易于實(shí)現(xiàn)、便于測(cè)量的物理狀態(tài)或過(guò)程來(lái)模擬另一種不易實(shí)現(xiàn)、不便測(cè)量的狀態(tài)和過(guò)程，要求這兩種狀態(tài)或過(guò)程有一一對(duì)應(yīng)的兩組物理量，且滿(mǎn)足相似的數(shù)學(xué)形式及邊界條件。一般情況，模擬可分為物理模擬和數(shù)學(xué)模擬，對(duì)一些物理場(chǎng)的研究主要采用物理模擬（物理模擬就是保持同一物理本質(zhì)的模擬），例如用光測(cè)彈性模擬工件應(yīng)力的分布等。數(shù)學(xué)模擬也是一種研究物理場(chǎng)的方法，它是把

2、不同本質(zhì)的物理現(xiàn)象或過(guò)程，用同一個(gè)數(shù)學(xué)方程來(lái)描繪。對(duì)一個(gè)穩(wěn)定的物理場(chǎng)，若它的微分方程和邊界條件一旦確定，其解是唯一的。兩個(gè)不同本質(zhì)的物理場(chǎng)，如果描述它們的微分方程和邊界條件相同，則它們的解是一一對(duì)應(yīng)的。只要對(duì)其中一種易于測(cè)量的場(chǎng)進(jìn) 繪，并得到結(jié)果，那么與它對(duì)應(yīng)的另一個(gè)物理場(chǎng)的結(jié)果也就知道了。靜電場(chǎng)是真空中的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，靜電場(chǎng)用空間各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 E 和電位 來(lái)描述。使用等位面和電場(chǎng)線的概念可以使電場(chǎng)的描述形象化，直接測(cè)量靜電場(chǎng)是很的。穩(wěn)恒電流場(chǎng)與靜電場(chǎng)是兩種不同性質(zhì)的場(chǎng)，但在一定條件下導(dǎo)電介質(zhì)中穩(wěn)恒電流場(chǎng)與靜電場(chǎng)的描述具有類(lèi)似的數(shù)學(xué)方程，因而可以用穩(wěn)恒電流場(chǎng)來(lái)模擬靜電場(chǎng)，見(jiàn)表 1。表 1導(dǎo)

3、電媒質(zhì)中的恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比擬。1靜電場(chǎng)（ 0 ）導(dǎo)電媒質(zhì)中恒定電場(chǎng)（電源外） E 0E dl 0l E 0l E dl 0 D 0D dS 0S J 0S J dS 0D EJ EE 2 0E 2 0q S D dSI S J dS2同軸電纜的電場(chǎng)分布及同軸圓柱面電極間的電位分布.同軸電纜內(nèi)外導(dǎo)體的半徑分別為 R1 、R2 ，中間介質(zhì)的電導(dǎo)率為 ，介電常數(shù)為 ，內(nèi)外導(dǎo)體之間的電壓為U0 ，則在內(nèi)外導(dǎo)體間產(chǎn)生靜電場(chǎng)。由靜電場(chǎng)知識(shí)距軸r 處的電位為ln R2U0 1 er R U則 E r0Rrrln 2ln 2R1由穩(wěn)恒電流知識(shí)R1ln R2U0 1 r R UE er rr0rRln 2l

4、n 2R1R1三、實(shí)驗(yàn)儀器HLD-DZ-IV 型靜電場(chǎng)描繪實(shí)驗(yàn)儀（包括導(dǎo)電微晶、雙層固定支架、同步探針等），支架采層式結(jié)構(gòu)，上層放紙，下層放導(dǎo)電微晶。電極已直接制作在導(dǎo)電微晶上，并將電極引線接出到外接線柱上，電極間制作有導(dǎo)電率遠(yuǎn)小于電極且各向均勻的導(dǎo)電介質(zhì)。四、使用方法1、接線：靜電場(chǎng)穩(wěn)壓電源輸出+（紅）接線柱用紅色電線連接描繪架（紅）、-（黑）接線柱用黑色電線連接描繪架（黑）接線柱。穩(wěn)壓電源探針輸入+（紅色）接線柱用紅色電線連接探針架連接線柱。將探針架好，并使探針下探頭置于導(dǎo)電微晶電極上，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，先校正，后測(cè)量。2、測(cè)量：開(kāi)啟測(cè)量開(kāi)關(guān)，將電源開(kāi)關(guān)打到內(nèi)側(cè)調(diào)節(jié)電壓，如數(shù)字顯字為 10 V，然

5、后打到外側(cè)移動(dòng)探針架至另一電極上，數(shù)字顯 10 V，一般常用 10 V，便于運(yùn)算。然后移動(dòng)探針架，則電源電壓表頭顯示讀數(shù)隨著運(yùn)動(dòng)而變化。如要測(cè) 0 V10 V 間的任何一條等勢(shì)(位)線，一般可選 0 V10 V 間某一電壓數(shù)據(jù)相同的 1630 個(gè)點(diǎn)，再將2這些點(diǎn)連成光滑的曲線即到此等勢(shì)(位)線。3、：需在描繪架上鋪平白紙，用橡膠吸住，當(dāng)表頭顯示讀數(shù)認(rèn)為需要時(shí)，輕輕按一下，即能清晰記下小點(diǎn)，一般所需電壓請(qǐng)參閱講義或由任課教師定奪，為實(shí)驗(yàn)清晰快捷，每等位線 1630 點(diǎn)，然后連接即可。4、測(cè)繪方法場(chǎng)強(qiáng) E 在數(shù)值上等于電位梯度，方向指向電位降落的方向。考慮到 E 是矢量，而電位 是標(biāo)量，從實(shí)驗(yàn)測(cè)量

6、來(lái)講，測(cè)定電位比測(cè)定場(chǎng)強(qiáng)容易實(shí)現(xiàn)，所以可先測(cè)繪等位線，然后根據(jù)電場(chǎng)線與等位線正交的原理，畫(huà)出電場(chǎng)線。這樣就可由等位線的間距確定電場(chǎng)線的疏密和指向，將抽象的電場(chǎng)形象的反映出來(lái)。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、描繪同軸電纜的靜電場(chǎng)分布連接電路，將電壓校正為 10.00V。從 8V 開(kāi)始，平移探針，由導(dǎo)電線微晶上方的探針找到等位點(diǎn)后，按一下紙上方的探針，測(cè)出一系列等位點(diǎn)，用相同方法分別描繪出 8V、6V、4V、2V 四條不位電極的等位線圖。(3)描繪同同軸電纜的靜電場(chǎng)分布。以每條等位線上各點(diǎn)到原點(diǎn)（原點(diǎn)的確定？）的平均距離r 為半徑畫(huà)出等位線的同心圓簇。現(xiàn)出電場(chǎng)線，電場(chǎng)分布圖。2. 描繪長(zhǎng)平行導(dǎo)線間的靜電場(chǎng)分布電場(chǎng)

7、強(qiáng)度方向，得到(1). 將電流電壓調(diào)到 10V，將紙鋪在上層平板上，從 1 V 開(kāi)始，平移同步探針，用導(dǎo)電微晶上方的探針找到等位點(diǎn)后，按一下紙上方的探針，測(cè)出一系列等位點(diǎn)，共測(cè) 9 條等位線，每條等勢(shì)線上找 10 個(gè)以上的點(diǎn)，在電等位點(diǎn)。(2). 畫(huà)出等位線，再作出電場(chǎng)線，做電場(chǎng)線時(shí)要注意：電場(chǎng)線與等位線正交，導(dǎo)體表面是等位面，電場(chǎng)線垂直于導(dǎo)體表面，電場(chǎng)線發(fā)自正電荷而中止于負(fù)電荷，疏密要表示出場(chǎng)強(qiáng)的大小，根據(jù)電極正、負(fù)畫(huà)出電場(chǎng)線方向。點(diǎn)附近應(yīng)多找?guī)讉€(gè)六、觀察與思考1、根據(jù)測(cè)繪所得等位線和電力線分布，分析哪些地方場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng)，哪些地方場(chǎng)強(qiáng)較弱？2、從實(shí)驗(yàn)結(jié)果能否說(shuō)明電極的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo)率？如不滿(mǎn)足這