物理实验静电场的描绘实验报告.doc

首都师范大学物理实验报告班级___ 信工 C班___ 组别______D______ 姓名____ 李铃______ 学号_1111000048_ 指导教师___ 刘丽峰___ 【实验题目】_________ 静电场的描绘【实验目的】 1 、了解静电场模拟的依据; 2 、学会用模拟法描绘静电场; 3 、测绘静电场的等位线、电力线。【实验仪器】 HLD-DZ-IV 型静电场描绘仪( 包括双层电极架、同步探针、稳压电源和数字电压表), 2张 16 开白纸【实验原理】电场强度是矢量,而电位分布是标量,在测量上要简便些,但是直接测量静电场的电位分布是很困难的。因为静电场中无电流,而任何磁电式电表都需要有电流流过才能偏转,除非用静电式仪表测量;再则测量仪表本身总是导体或电介质,与其相连的探针是良导体,一旦把它们引人静电场中,原静电场将发生强烈改变。因此采用稳恒电流场模拟静电场,来研究、测量静电场的分布。 。由电磁学理论可知,对一稳恒电流场有,对一静电场在无源区域内则有。比较以上两个方程式可知, 两个场的物理量所遵从的物理规律具有相同的数学式。静电场中导体表面为等位面,而电流场中电极通常由良导体制成,同一电极上各点电位相等,所以两个场用电位表示的边界条件也相同,则两个场的解也相同(可能相差一个常数) 。因而可以用稳恒电流场来模拟静电场, 通过测量稳恒电流场的电位分布来求得所模拟静电场分布。这种利用几何形状和物理规律在形式上相似的,把不便于直接测量的量在相似条件下间接实现的方法为模拟法。首都师范大学物理实验报告 ,置于真空中, 是这对电极的中间有限部分,我们现在只研究这有限部分电极间的静电场。由高斯定理可以推导出: (6-1 ) 式中 U0为圆柱 A的电位, Ur为距轴心 r处的电位。推导中令 UA=U0,UB=0。由( 6-1 )式可得出: ; ,等位线为一系列同心圆; Ur和r决定,而 Ur与lnr为线性关系。 ,需要根据电极形状的不同制成不同的模拟模型, 且模拟法的使用有一定条件限制: 、位置应与被模拟的静电场的带电体相同; 、薄的不良导体,并满足σ电极>>σ电介质; 。实验中所用的不良导体可以是水、导电纸、导电玻璃等,本实验仪是用导电微晶作为导电介质,电极直接制作在导电微晶上面,在电极间加稳恒电压,则电极间的导电介质中便形成稳恒电流场。图 是长同轴带电圆柱体电场模拟模型。由于电极的对称性,电流从内电极沿半径流向外电极,形成一簇同心圆的等位线,再根据电力线与等位线正交的特点,画出电力线,这样就可由等位线的间距、电力线的疏密和指向,将抽象的电场形象地反映出来,即测定了稳恒场的等位线就等于测出了相应静电场的等位面。首都师范大学物理实验报告通常电场的分布是三维问题,但在特殊情况下,可以利用场的对称性,化简为二维问题