大学物理实验用稳恒电流场模拟静电场.ppt

一、实验目的 1. 了解模拟实验法的适用条件。 2. 能用模拟法求出给定电极（同轴圆柱电缆、两点电荷）的电场分布。,Page 81 实验7 用稳恒电流场模拟静电场,在工程技术上，需要知道电极系统的电场分布情况,才能研究引入新电极后对电子运动的影响,目的：了解电子或带电质点在该电场中的运动规律,怎么知道电场分布？,才能研究电子束在示波管中的聚集和偏转,例如，在示波管中， 知道电极电场分布,在电子管中， 知道电场分布,二、实验原理,电场分布,解析法：,模拟实验法：,少数几种简单情况,精度不高，但对于一般工程设计来说，已能满足要求,什么是模拟法？,在科学实验研究中应用广泛,易于实现，易测的物理状态或过程,不易实现，不易测的物理状态或过程,模拟,模拟实验法：,a. 物理模拟 ：保持同一物理场本身，把相同的物理现象/过程缩小或放大模拟再现。如“风洞”的飞机模型，模拟实际飞机在大气中飞行。,b. 数学模拟：两个不同本质的物理过程，用同一个数学方程来描述。,直接测静电场存在困难： a. 静电场中没有电流，电磁式电表不会偏转。 b. 若探针伸入静电场，探针会产生感应电荷，使原电场产生显著畸变。,为什么不直接测静电场， 而要用稳恒电流场模拟静电场？,1、电流场与静电场比较： 等效性?,是否可以用稳恒电流场模拟静电场？,稳恒电流场与静电场是否具备模拟条件？,稳恒电流场： 电流连续方程,两场服从的规律： 数学形式相同， 且边界条件相同,故可用电流场模拟静电场（数学模拟）,静电场： 电场强度,则电场、电位分布完全相类似,同轴圆柱电缆的静电场,如何实现电流场模拟静电场？,稳恒电流场,模拟,电荷线密度 真空介电常数 电导率,圆柱形电流场和电位 同轴电缆静电场和电位,模拟,相似性,+,+,-,-,同轴电缆静电场推导过程（不要求，了解）,电荷线密度 真空介电常数,同轴电缆电位推导过程（不要求，了解）,圆柱形电流场和电位（稳恒电流场）推导（不要求，了解）,电导率,U1=10V，U2=0V r1=1.0cm，r2=10.0cm,可见圆柱形电极的等位线是同心圆。,圆柱形电流场和电位,场中任一半径r处的电位：,常数K2=10/ln10=4.34,U1=10V,U2=0V,同轴圆柱电缆电场,2、静电场的测绘方法,场强E在数值上等于电位梯度，方向指向电位降落的方向。,两点电荷电场,先测绘等位线，然后根据电力线与等位线正交的原理，画出电力线。,电力线与等位线正交,注意： 电力线自正极出发终止于负极； 两电力线不会相交。,等位线,电力线,注意： 先测等位线，再画电力线； 电力线垂直等位线； 电力线自正极出发终止于负极； 两电力线不会相交。,两等量异号点电荷的电场分布,等位线,电力线,等位线的间距,确定电力线的疏密和指向,形象地反映抽象的电场,三、实验仪器,1静电场实验仪一套 （包括导电玻璃、 双层固定支架、同步探针） 2直流稳压电源（10V, 1A）,电源正负极,电压表正极,静电场描绘仪专用电源,校正：作电源 测量：电压表 电源负极与电压表负极等电势,三、实验内容,1测绘同轴圆柱电缆电场 2. 测绘两点电荷的电场,四、实验步骤,接线：正极（红线），负极（黑线）相连,1模拟无限长带电圆柱体静电场,2. 模拟无限长平行带电直导线静电场,作等位线（注明电压）和电力线,五、数据处理与作图,同轴圆柱电缆电场,等量异号电荷电场,测量过程中要