用模拟法测绘静电场实验报告 .docx

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1、用模拟法测绘静电场实验报告用实验报告【实验目的】1懂得模拟实验法的适用条件。2对于给定的电极，能用模拟法求出其电场分布。3加深对电场强度和电势概念的理解【实验仪器】双层静电场测试仪、模拟装置同轴电缆和电子枪聚焦电极。实验原理【实验原理】1、静电场的描绘电场强度E是一个矢量。因而，在电场的计算或测试中往往是先研究电位的分布情况，由于电位是标量。我们能够先测得等位面，再根据电力线与等位面处处正交的特点，作出电力线，整个电场的分布就能够用几何图形清楚地表示出来了。有了电位U值的分布，由便可求出E的大小和方向，整个电场就算确定了。2、实验中的困难实验上想利用磁电式电压表直接测定静电场的电位，是不可能的

2、，由于任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，而静电场是无电流的。再则任何磁电式电表的内阻都远小于空气或真空的电阻，若在静电场中引入电表，势必使电场发生严重畸变；同时，电表或其它探测器置于电场中，要引起静电感应，使原场源电荷的分布发生变化。人们在实践中发现，有些测量在实际情况下难于进行时，能够通过一定的方法，模拟实际情况而进行测量，这种方法称为“模拟法。3、模拟法理由两场服从的规律的数学形式一样,如又知足一样的边界条件,则电场、电位分布完全相类似，所以可用电流场模拟静电场。这种模拟属于数学模拟。静电场(无电荷区)稳恒电流场(无电流区)4、讨论同轴圆柱面的电场、电势分布1静电场根据理论计算，A、

3、B两电极间半径为r处的电场强度大小为A、B两电极间任一半径为r的柱面的电势为2稳恒电流场在电极A、B间用均匀的不良导体如导电纸、稀硫酸铜溶液或自来水等连接或填充时，接上电源设输出电压为V后，不良导体中就产生了从电极A均A匀辐射状地流向电极B的电流。电流密度为式中E为不良导体内的电场强度，为不良导体的电阻率。半径为r的圆柱面的电势为图1、同轴圆柱面的电场分布图2、不良导体圆柱面电势分布结论：稳恒电流场与静电场的电势分布是一样的。由于稳恒电流场和静电场具有这种等效性，因而要测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流场的分布就行了。实验内容1、测量无限长同轴圆柱间的电势分布。1在测试仪上层板上放定一张

4、坐标记录纸，下层板上放置水槽式无限长同轴圆柱面电场模拟电极。加自来水填充在电极间。2按图17-5接好电路。调节探针，使下探针浸入自来水中，触及水槽底部，上探针与坐标纸有1-2mm的距离。3接通电源，K2扳向“电压输出位置。调节沟通输出电压，使AB两电极间的电压为沟通12V，保持不变。4将沟通毫伏表与下探针连接。移动探针，在A电极附近找出电势为10V的点，用上探针在坐标纸上扎孔为记。同理再在A周围找出电势为10V的等势点7个，扎孔为记。5移动探针，在A电极周围找出电势分别为8V，6V，4V，2V的各8个等势点圆越大，应多找几点，方法如步骤4。6分别用8个等势点连成等势线应是圆，确定圆心O的位置。

5、量出各条等势线的坐标r，并分别求其平均值。7用游标卡尺分别测出电极A和B的直径2a和2b。8按式174计算各相应坐标r处的电势的理论值V理，并与实验值比拟，计算百分差。2、测量聚焦电极的电势分布选做分别测10.0V、9.0V、8.0V、7.0V、6.0V、5.0V、4.0V、3.0V、2.0V、1.0V、0V等，一般先测5.0V的等位点，由于这是电极的对称轴。步骤同上数据记录模拟电场分布测试数据VA=10.00.1V2a=1.6240.002cm2b=8.5800.002cmV理(V)10.08.06.04.03.02.01.0r(cm)？111502152.55？358V理？8176.314

6、.14312？1.07？21%49%34%38%？65%处理：1、用圆规和曲线板绘出园柱形同轴电缆电场等位线(注意电极的位置).2、根据电力线垂直等位面,绘出电力线.3、在圆柱形电缆电场分布图上量出各等位线的半径,计算V并与理论值比拟,求出其相对误差.111.1rcm=；则11ln()8.17()ln()ArbVVVab=；221.5rcm=；则12ln()6.31()ln()ArbVVVab=；345同上结果分析：(1)实验误差主要由电源电压的输入阻抗引起，输入阻抗越大，误差越小，结果越好。(2)等势面由人工拟合，因而半径的计算较粗糙，估计至少0.2rcm?=，分析对第一组的影响，由lnlnArbVVab=知，8.00.21.090.4061.1lnln2.145AVVrVrVarrb?=?=?=?=?讲明在确定数据点时，一定要保证装置以及操作的稳定性，另外数据尽量多，以减少实验值的波动性。