静电场的描绘实验报告思考题.docx
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静电场的描绘实验报告思考题
静电场的描绘实验报告思考题
篇一:
静电场描绘实验报告 班级_________组别_____________ 姓名___学号_____日期____指导教师_____ 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开毫米坐标纸。
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, 而且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。
实验内容 1将复写纸和坐标纸放置在上层支架板上,并用橡皮磁条压紧。
按图连接电路,并使探针头置于导电微晶上。
图电场描绘电路图 开启电源开关,将内外选择开关扳向“内侧”,旋转“电压调节”旋钮使电压表指示为8V或一适当的电压值。
将选择开关扳向“外侧”,寻找等位点。
平移同步探针底座使电压表读数分别为、、、、、、时,轻轻按下上探针在坐标纸上打出一个点。
每条等位线至少要测5个以上的等位点,且均匀分布在不同方位上。
取下坐标纸,由一组等位点找出圆心依次画出各等位线,并标明每一条等位线的电位值;画出电力线。
以 为横坐标,Ur为纵坐标,绘出Ur— 曲线,看是否为直线,以验证 实验的正确性。
原始数据 Ur(V)r1(cm)r2(cm)r3(cm)r4(cm)r5(cm)r6(cm)r7(cm) . r8 数据处理 根据原始数据计算出在不同电压下,电位分布半径的平均值,和ln行下一步的实验数据分析 ,方便进 Ur(V) (cm)ln -(cm) 实验数据分析 根据处理好的实验数据,画出以 ln 为x轴,电压 U为y轴的平面直角坐标系。
思考题 1若将实验使用的电源电压加倍或减半,电极间的等位线、电力线的形状是否会发生变化?
为什么?
答:
不会;因为两电极间的等位线和电力线的分布和形状与两电极间的电位差大小无关2将电极间电压的正负极交换一下,绘出的等位线会有变化吗?
答:
不会发生变化 3测绘电力线时应注意什么问题?
答:
按点的时候不要太用力,以免改变位置;每一圈(每个单位电压)要测量至少5个以上的点。
4如果本实验中电源电压不稳定(如随时间经常变化等),是否会影响测量值?
答:
会 篇二:
实验报告静电场的描绘 课实验报告级实验日期姓名:
实验题目:
实验目的:
1、学习用模拟法研究静电场。
2、描绘二种场结构的等位线。
仪器和用具:
静电场模拟迹仪 实验原理 带电体的周围存在静电场,场的分布是由电荷的分布。
带电体的几何形状及周围介质所决定的。
由于带电体的形状复杂,大多数情况求不出电场分布的解析解,因此只能靠数值解法求出或用实验方法测出电场分布。
直接用电压表法去测量静电场的电位分布往往是困难的,因为静电场中没有电流,磁电式电表不会偏转;另外由于与仪器相接的探测头本身总是导体或电介质,若将其放入静电场中,探测头上会产生感应电荷或束缚电荷。
由于这些电荷又产生电场,与被测静电场迭加起来,使被测电场产生显著的畸变。
因此,实验时一般采用间接的测量方法来解决。
1.用稳恒电流场模拟静电场 模拟法本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的物理状态或过程,它要求这两种状态或过程有一一对应的两组物理量,而且这些物理量在两种状态或过程中满足数学形式基本相同的方程及边界条件。
本实验是用便于测量的稳恒电流场来模拟不便测量的静电场,这是因为这两种场可以用两组对应的物理量来描述,并且这两组物理量在一定条件下遵循着数学形式相同的物理规律。
例如对于静电场,电场强度E在无源区域内满足以下积分关系 E?
dS?
0 S E?
dl?
0 lS 对于稳恒电流场,电流密度矢量j在无源区域中也满足类似的积分关系 j?
dS?
0 j?
dl?
0 l 在边界条件相同时,二者的解是相同的。
当采用稳恒电流场来模拟研究静电场时,还必须注意以下使用条件。
稳恒电流场中的导电质分布必须相应于静电场中的介质分布。
具体地说,如果被模拟的是真空或空气中的静电场,则要求电流场中的导电质应是均匀分布的,即导电质中各处的电阻率?
必须相等;如果被模拟的静电场中的介质不是均匀分布的,则电流场中的导电质应有相应的电阻分布。
- 如果产生静电场的带电体表面是等位面,则产生电流场的电极表面也应是等位面。
为此,可采用良导体做成电流场的电极,而用电阻率远大于电极电阻率的不良导体充当导电质。
电流场中的电极形状及分布,要与静电场中的带电导体形状及分布相似。
2.长直同轴圆柱面电极间的电场分布 如图2-1所示是长直同轴圆柱形电极的横截面图。
设内圆柱的半径为a,电位为Ua,外圆环的内半径为b,电位为Ub,则两极间电场中距离轴心为r处的电位Ur可表示为 1 图2-1 Ur?
Ua?
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Edr a r 又根据高斯定理,则圆柱内r点的场强E=K/r式中K由圆柱体上线电荷密度决定。
将代入式 rKr Ur?
Ua?
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Ua?
Kln a ra 在r=b处应有 Ub?
Ua?
Kln b a 所以 K?
Ua?
Ubln 如果取Ua=U0,Ub=0,将式代入式,得到 ln Ur?
U0 ln 式表明,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。
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。
实验内容 首先按右图的电路图连接电路 一、二共轴无限长均匀带电圆柱体间等势线分布的模拟。
1、按图连接电路,注意仪器上红接线柱代表正端。
2、把圆柱形电极板插入描迹仪下电极座中。
3、将坐标纸置于上层载纸板上压紧。
4、将下探针与电极板上的电极接通,调节二电极间电压Ua=U0=10V,Ub=0V。
5、右手平稳地移动探针座。
观察电表,分别找出与二极间电压相应为2、4、6、8伏的四条等势线,每条等势线最少均匀地描出8个等势点 6、取下坐标纸,将电势值相同的点连成光滑的曲线。
二、取下圆柱体电极板,换上两平行长直圆柱体电极进行等势线描绘,步骤同上。
三、把所有等势线描绘好后,按课 48页标题2的内容算出圆柱形电极板的极A和极B的半径。
方法如下:
1.用游标卡尺测出圆柱形电极板各等势线的半径及算出l和U/U0。
等势线半径单位为(mm) 2 2、0?
rb?
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Urln?
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Ualb?
Ubla?
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页的l?
,则有,?
Ua?
UbUa?
Ub Ua=U0,Ub=0,代入49 Ur?
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式中l?
l?
ln?
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U0?
ra?
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Ur为实验中测出的等势线的平均半径,U0为a、b b 两极间电势,因此得知l lb=,斜率ln= 为直线的截矩,ln为直线斜率,从图看出截矩 ?
?
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, ?
确,通过等势线测量半径计算出的两极半径实际测量的两极半径非常接近,产生误差的主要与以下几方面原因有关1.电源电压不稳定,2.电压表与检流计的灵敏度,3.圆心选取不能准确,4.等势线半径测量产生误差。
思考题:
1、1、如果二电极间 电压U增强一倍, 等位线,电力线的形状是否会变化?
电压U增强一倍,即相当于静电场点电荷的电量增大一倍,这时静电场中电场强度会加大,等位线、电力线会变得密点。
但等位线、电力线的形状都不会变化。
2、如果将二电极间电压极性变换,所作等位线是否变化?
如果把极性变换,即相当于静电场中心,由正电荷变成负电荷,或是由负电荷换成正电荷,这时电力线的方向与原来的方向相反。
同一电势值的 3 等位线会移到另外一个位置,等位线的电压降方向改变。
所以所作的等位线应有所变化。
3、如果在描绘圆柱型电容器的等势线时,所用的电压表为级,若ΔRA和ΔRB很小,可以略去,求:
各种电势等势线的半径相对不确定度。
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2 2 4 篇三:
403静电场的描绘思考题 1.为什么不直接测静电场中的电势来描绘等势线?
为什么可以用模拟法来测绘等势线?
因为直接用电压表法去测量静电场的电位分布往往是困难的,因为静电场中没有电流,磁电式表不会偏转,另外由于与仪器相接的探测头本身总是导体或电介质,若将其放入静电场中,探测头上会产生感应电荷,或束缚电荷。
由于电荷又产生电场叠加起来,会使被测电场产生畸变。
因为他们都遵从相同的数学规律。
因此可以用模拟法来测绘等势线。
2如果试验时电源的输出电压不稳定,那么是否会改变电场线和等势线的分布?
没改变的 等势线和电场线形状不会改变只是他们的同一位置的电势增加电磁感应更强形状没有改变 3试从你测绘的等势线和电场线分布图,分析何处的电场强度较强,何处的电场强度较弱?
电势线越密集的地方,场强越强,电势线越稀疏的地方,场强越弱。
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