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实验十四-静电场的模拟测绘
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实验十四 静电场的模拟测绘
实验目的
1．学会用模拟法测绘静电场。
2．加深对电场强度和电位概念的理解。
实验器材
静电场描绘仪，静电场描绘仪信号源（或稳压电源、电压表）， （14－7）
在r＝b处应有

所以
（14－8）
如果取Va＝V0，Vb＝0，将（14－8）式代入（14－7）式，得到
（14－9）
式（14－9）表明，两圆柱面间的等位面是同轴的圆柱面。用模拟法可以验证这一理论计算的结果。
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当电极接上交流电时，产生交流电场的瞬时值是随时间变化的，但交流电压的有效值与直流电压是等效的，所以在交流电场中用交流毫伏表测量有效值的等位线与在直流电场中测量同值的等位线，其效果和位置完全相同。
3．静电场描绘仪
如图14-2所示，双层静电场测试仪分为上下两层。上层是用来卡放描绘等势点的坐标纸的，下层的胶木上可安装电极系统，探针也分为上下两个，由手柄连接起来，两探针保证在同一铅垂线上。移动手柄时，上探针在上层坐标纸上的运动和下探针在导电纸中的运动轨迹是一样的。下探针的针尖较圆滑，靠弹簧片的作用始终保证与导电纸接触良好。上探针则较尖，实验中，移动手柄由电压表的示数找到所要的等势点时，压下上探针在坐标纸上扎一小孔便记下了导电
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纸中的位置完全相应的等电势点。
实验步骤
(一)清点仪器
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
(二)按测量线路安置仪器并联接电路
图14－3为实验电路，电源取直流稳压电源，经滑线变阻器R分压为实验所需要的两电极之间的电压值。V表可用伏特表、万用表或数字万用表。RP用ZX21型电阻箱。为保护检流计G，RP 初始时取为0Ω，R取值应使UAC 最小；检查两个电表的零点，若不指零，应调节零点旋纽；
(三)测量
下面分别测绘各电极电场中的等电位点。
1．长直同轴圆柱面电极间的电场分布
（1）把导电纸固定在双层静电场测绘仪的下层。
（2）按图14－3接好电路，V表及测量指针（探针）联合使用。
（3）把坐标纸放在静电场测绘仪的上层夹好，旋紧四个压片螺钉旋钮。在坐标纸上确定电极的位置，测量并记录内电极的外径及外电极的内径。
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（4）调节静电场描绘仪信号源输出电压，。
（5）调节R使电压表输出1．00V电压。移动探针座使探针在导电纸上缓慢移动，当检流计指零后逐渐增大RP，使检流计再次指零，直到RP至少为1000Ω，此时即为1．００V等位点，按一下坐标纸上的探针，便在坐标纸上记下了其电位值与电压表的示值相等的点的位置。
Z
A1
A2
图１4－4
（6）测量电位差为1V、2V、3V、4V和5V的五条等位线，每条等位线测等位点不得少于8个。
2．聚焦电极间的电场分布
阴极射线示波管的聚焦电场是由第一聚焦电极A1和第二加速电极A2组成。A2的电位比A1的电位高。电子经过此电场时，由于受到电场力的作用，使电子聚焦和加速。图14－4所示的就是其电场分布。能过此实验，可了解静电透镜的聚焦作用，加深对阴极射线示波管的理解。参照实验内容1按实验室要求测出若干条等位线。
(四)列数据表格
内电极半径ｒ0 ＝ cm， 外电极半径R
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0 ＝ cm， U0 ＝ V
U实（v）
ｒ(cm)
ｒ／ｒ0
ln(ｒ／ｒ0 )
U理 (V)
数据处理
1．内容1：用圆规找到圆心，将等位点连成等位线，量出每条等势线的半径ｒ。内容２：将等位点连成等位线
2．根据电力线与等位线垂直的特点，画出被模拟空间的电力线。
3．测量出长直同轴圆柱面电极间的电场分布图中每条等位线的直径，按（１4－9）式计算出每条等位线的电位值，然后与测量电位值（理论值）比较，计算相对误差并列出表格。
注意事项
1．实验时探针应轻拿轻放，以免划破导电纸。
2．电极、探针应与导线保持良好的接触，上探针应尽量与坐标纸面垂直。
3．探针切勿触碰电极，以免损坏检流计。
思考讨论