大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)-拓展提高篇 課件 實(shí)驗(yàn)2.10-用模擬法描繪靜電場

1用模擬法描繪靜電場第1節(jié)

原理大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇2用模擬法描繪靜電場—任務(wù)目的訓(xùn)練學(xué)習(xí)用模擬法描繪靜電場和具有相同數(shù)學(xué)形式的物理場；掌握幾種電極的電位和電場的分布曲線的特點(diǎn)；加深對(duì)電場強(qiáng)度和電位等物理概念的理解；描繪出電場分布曲線。采用模擬法間接測量靜電場的分布情況；1.實(shí)驗(yàn)任務(wù)2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場

用模擬法描繪靜電場—原理測量電場有最重要的物理意義

帶電體通過場相互作用。已知場分布→計(jì)算出帶電體之間相互作用力的大小→根據(jù)初始條件→帶電體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或者形變的大小。帶電體形狀復(fù)雜，多數(shù)情況用數(shù)值解法或?qū)?/p>

驗(yàn)方法測出場分布

場強(qiáng)是矢量，電勢是標(biāo)量。先測得等位面，再做出電力線，整個(gè)電場的分布用幾何圖形繪出。

4用模擬法描繪靜電場—原理靜電場不能用電表直接測量

1.靜電場中沒有電流，電流表不會(huì)偏轉(zhuǎn)；

2.任何電流表的內(nèi)阻都遠(yuǎn)小于空氣或真空的電阻，若在靜電場中引入電流表，會(huì)使電場發(fā)生偏轉(zhuǎn)；

3.電流表或其他探測器置于電場中，會(huì)引起靜電感應(yīng)，使原場源電荷的分布發(fā)生變化。模擬法

不直接研究自然現(xiàn)象或過程本身，而用與這些自然現(xiàn)象或過程相似的模型來進(jìn)行研究的一種方法。作為科學(xué)研究中一種最基礎(chǔ)的方法，得到廣泛的應(yīng)用。5用模擬法描繪靜電場—原理用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場的依據(jù)

穩(wěn)恒電流場（無源區(qū)）靜電場（無源區(qū)）

兩場服從的規(guī)律的數(shù)學(xué)形式相同，且又滿足相同的邊界條件，故電場和電勢的分布相類似，所以可用電流場模擬靜電場。這種模擬屬于數(shù)學(xué)模擬。6用模擬法描繪靜電場—原理用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場的條件

1.靜電場中的帶電體與電流場中電極的形狀、位置相同；2.穩(wěn)恒電流場中的導(dǎo)電介質(zhì)是不良導(dǎo)體且電導(dǎo)率分布均勻；3.電極的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率，保證電流場中的電極（良導(dǎo)體）的表面近似是一個(gè)等勢面；4.模擬所用電極系統(tǒng)與被模擬系統(tǒng)的邊界條件相同，保證電流場中電流線與靜電場中電力線形狀相同。

72.同軸圓柱型的靜電場用模擬法描繪靜電場—原理

ra→內(nèi)圓柱半徑rb→外圓柱半徑U1→內(nèi)圓柱電勢83.平行長直導(dǎo)線型的靜電場用模擬法描繪靜電場—原理

l→兩直導(dǎo)線間距a→圓柱體半徑9用模擬法描繪靜電場—原理4.幾種常見靜電場的模擬電極形狀及相應(yīng)電場分布模型平行長直導(dǎo)線同軸圓柱型劈尖型聚焦型電極模擬型版式等位線、電力線理論形式10用模擬法描繪靜電場第2節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇11用模擬法描繪靜電場—儀器主要實(shí)驗(yàn)儀器、器件描繪專用電源導(dǎo)電微晶靜電場描繪儀等臂同步探針12用模擬法描繪靜電場第3節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇131.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作用模擬法描繪靜電場—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）連接線路

兩電路分別與描繪儀專用電源的正負(fù)極相連接；將電壓表的政績與同步探針相連接；電壓表負(fù)極并未接入電路。（這是可行的，因?yàn)殡娫簇?fù)極和電壓表的負(fù)極在電源內(nèi)部是連接在一起的）14用模擬法描繪靜電場—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作（2）校正

調(diào)節(jié)電源，將功能選擇開關(guān)打向校正檔，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕，使電壓等于10V，完成校正。然后將功能選擇開關(guān)置于測量檔。校正和測量開關(guān)15用模擬法描繪靜電場—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作（3）記錄

①將坐標(biāo)紙鋪在支架上層的平板上，用弦條壓住（電壓為10V），在記錄紙上記錄。

②一同同步探針的底座，從1V開始尋找等位點(diǎn)。

③找到等位點(diǎn)，輕輕按壓記錄針，在記錄紙上記下等位點(diǎn)。

④用虛線連接各個(gè)等位點(diǎn)，畫出等位線。

⑤根據(jù)電場線與等位線相交的原理畫出電場線，并指出電場強(qiáng)度方向。16用模擬法描繪靜電場—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作（4）其他

采用相同的方法，更換繪圖紙，再次測繪以下幾種情況下的靜電場分布：

①模擬測繪由長直平行導(dǎo)線形成的靜電場；

②描繪聚焦電極的電場分布；

③描繪一個(gè)劈尖電極和一個(gè)條形電極形成的靜電場。17用模擬法描繪靜電場—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作注意：

（1）在移動(dòng)探針時(shí)，要使探針與導(dǎo)電微晶電板緊密接觸，但不可以壓的太緊，以免損壞儀器。

（2）在探針開始記錄前，確保記錄紙固定，防止實(shí)驗(yàn)中記錄紙位置發(fā)生變化。

（3）探針不能移動(dòng)到儀器邊緣處。因?yàn)檫吘壍胤接捎谶吘壭?yīng)的影響，電場線分布已經(jīng)發(fā)生了變形。

（4）等位點(diǎn)分布應(yīng)該均勻，間距為1~2cm，在電極附近，應(yīng)多測一些等位點(diǎn)。182.數(shù)據(jù)處理用模擬法描繪靜電場—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）四種電極任選兩種進(jìn)行靜電場的描繪。用光滑的曲線將測得的各等位點(diǎn)連接成線，并標(biāo)出每條等位線對(duì)應(yīng)的電勢值。

（2）在測得的電場分布圖上，用虛線至少畫出8條電場線，注意電場線的箭頭方向，以及電場線與等位線的正交關(guān)系。192.數(shù)據(jù)處理-作圖示例用模擬法描繪靜電場—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容203.思考提高(可在實(shí)驗(yàn)報(bào)告或數(shù)據(jù)報(bào)告選作)1.能否用恒定電流場模擬穩(wěn)定的溫度場，為什么？2.根據(jù)測繪所得等位線和電場線分布，試分析哪些地方的電場強(qiáng)度較強(qiáng)，哪些地方的電場強(qiáng)度較弱？3.在描繪同軸電纜的等位線簇時(shí)，如何正確確定圓形等位線簇的圓心？如何正確繪