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模拟法描绘静电场

【实验目的】

★基本要求 ◆提高要求
1、了解模拟法描绘静电场的依据;
2、用模拟法测绘同轴圆柱(同轴电缆)的电场;
3、会应用理论图线对实验图线进行比较分析;


1、通过对示波管聚焦电极的模拟实验,了解聚焦电场的结构;
2、模拟长直导线电场;
3、设计用电流法描绘静电场的实验方案,并与直流法进行比较;
4、设计精确测绘静电场的检流法。

【实验仪器】

模拟静电场描绘仪(包括电极架、电极、探针、导电玻璃)、模拟静电场电源与测量仪。

【实验原理】

1.内外半径分别是同轴圆柱的静电场在其中间的电位分布(内部电位为,外部电位为)为:
 如果测量出静电场中的等电位点,这些等电位点组成等电位线(面),根据电力线与等电位线(面)处处垂直的性质,就可以画出电力线。

2. 内外半径分别是同轴圆柱在其中间充满均匀的导电介质,当内圆柱和外圆柱加一电源,外加电位为,其空间的电位分布为:


因此,可以用有电流通过的电流场模拟静电场,即电流场与静电场等同。

【实验步骤】

1.取一张的坐标纸,在其中心划一“+”,以此为中心用铅笔画一个大米字线,将米字线中心对下层圆心(可借上下探针对准),并用磁性条压紧。

2.调节探针,使上下探针在同一垂直线上,下探针与导电玻璃接触良好,上探针与坐标保持1至2mm的距离。

3.打开静电场描绘专用电源,将转换开关打到内,调节电压为12伏,使中心电极的电压

4.将转换开关由内打到外,这时静电场描绘专用电源一方面充当电源,同时可以测量电流场中某点的电位。移动探针位置,在米字线附近找到电位为2.00V的点,用上探针扎孔为记(8个点)。

5.移动探针位置,在米字线上找到电位为4.00V、6.00V、8.00V的点,用上探针扎孔为记。

6.关掉电源,取下坐标纸量出各个电位的8个等位点到中心的距离,求平均距离r(各等位线应该是圆),用测量得出的平均距离r计算该处的电位理论值,并与实验值比较,算出相对误差E。

7.用制图工具将各等位点连成等位线,即形成2.00V、4.00V、6.00V、、8.00V的等位线。利用静电场中电力线与等位线垂直的关系,作出相应的电力线,即描绘成为一张完整的同轴电缆的静电场分布图。

8.以为横坐标,为纵坐标,在同一张坐标纸上作实验和理论曲线。

【数据记录和处理】

1.  内半径 外半径

等位点半径

1

2

3

4

5

6

7

8

2.00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.以为横坐标,为纵坐标,作实验和理论曲线

 

【思考与讨论】

1.模拟场电源电压的增减是否影响等位面的形状?

答:模拟场电源电压的增减不影响等位面的形状。因为模拟场电源的电压的改变仅仅相应改变等位点的电位,整体相对位置不会变化。

2.如果电极和导电介质接触不良或导电介质不均匀会对实验结果有何影响?为什么?

答:如果电极和导电介质接触不良或导电介质不均匀会对实验结果有很大偏差。因为这时测量的等位点与理论计算将有很大误差,等位线将与理论上是以中心为圆心的圆很不符合。