靜電場的描繪

1、 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（下）大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（下） 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)用模擬法描繪靜電場的原理和方法；學(xué)習(xí)用模擬法描繪靜電場的原理和方法；2. 加深對電場強(qiáng)度和電場線、電位等概念的理解；加深對電場強(qiáng)度和電場線、電位等概念的理解；3. 描繪同軸圓柱體和兩平行導(dǎo)線的電場分布情況。描繪同軸圓柱體和兩平行導(dǎo)線的電場分布情況。 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 構(gòu)造一個(gè)與研究對象的物理過程或現(xiàn)象相似的模構(gòu)造一個(gè)與研究對象的物理過程或現(xiàn)象相似的模型，通過對該模型的測試實(shí)現(xiàn)對研究對象進(jìn)行研究和型，通過對該模型的測試實(shí)現(xiàn)對研究對象進(jìn)行研究和測量，這種方法稱為測量，這種方法稱為“模擬法模擬法”。 電場強(qiáng)度在數(shù)值上等于電位梯度，方向

2、指向電位降落的方向。電場強(qiáng)度在數(shù)值上等于電位梯度，方向指向電位降落的方向?？紤]到考慮到E是矢量，而電位是矢量，而電位U是標(biāo)量，從實(shí)驗(yàn)測量來講，測定電位是標(biāo)量，從實(shí)驗(yàn)測量來講，測定電位比測定場強(qiáng)容易實(shí)現(xiàn)，所以可先測繪等位線，然后根據(jù)電場線與比測定場強(qiáng)容易實(shí)現(xiàn)，所以可先測繪等位線，然后根據(jù)電場線與等位線正交的原理，畫出電力線。這樣就可由等位線的間距確等位線正交的原理，畫出電力線。這樣就可由等位線的間距確定電力線的疏密和指向，將抽象的電場形象地反映出來。定電力線的疏密和指向，將抽象的電場形象地反映出來。+ 同軸電纜的電場分布同軸電纜的電場分布 點(diǎn)電荷的電場分布點(diǎn)電荷的電場分布 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原

3、理實(shí)驗(yàn)原理 靜電場和穩(wěn)恒電流場雖是兩個(gè)截然不同的電場，但可以靜電場和穩(wěn)恒電流場雖是兩個(gè)截然不同的電場，但可以用穩(wěn)恒電流場中的電位分布來模擬靜電場的電位分布。用穩(wěn)恒電流場中的電位分布來模擬靜電場的電位分布。對于均勻帶電的長直同軸柱面的靜電場可以用圓片形對于均勻帶電的長直同軸柱面的靜電場可以用圓片形金屬電極金屬電極A和圓環(huán)金屬電極和圓環(huán)金屬電極B所形成的電流場來描繪。所形成的電流場來描繪。rR0同軸電纜的靜電場同軸電纜的靜電場 距中心距中心r處電場強(qiáng)度為處電場強(qiáng)度為rabVdrdVEarr1ln 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理rR0V0r+drAB導(dǎo)電玻璃和電極產(chǎn)生的電流場導(dǎo)電玻璃和電極產(chǎn)生的電流場 半徑為半徑

4、為r處的電場強(qiáng)度為處的電場強(qiáng)度為abrVdrdVEarrln顯而易見，穩(wěn)恒電流場顯而易見，穩(wěn)恒電流場Er與靜電場與靜電場E的分布也是相同的的分布也是相同的即可以用穩(wěn)恒電流場來模擬靜電場即可以用穩(wěn)恒電流場來模擬靜電場實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟、描繪同軸電纜的靜電場分布、描繪同軸電纜的靜電場分布 a bV+-2.00Vr探針探針1、如上圖所示連接線路；、如上圖所示連接線路；2、接通、接通2.00V電源，在上層板上固定一張白紙；電源，在上層板上固定一張白紙；3、測、測3條條等勢線等勢線(0.8V，1.0V，1.2)，每條等勢線測出，每條等勢線測出8個(gè)個(gè)均勻分布的點(diǎn)；均勻分布的點(diǎn)；4、作出等

5、勢線，根據(jù)電場線與等勢線正交的原理作出、作出等勢線，根據(jù)電場線與等勢線正交的原理作出八根電場線。八根電場線。 描繪同軸電纜電場描繪同軸電纜電場數(shù)據(jù)處理要求：數(shù)據(jù)處理要求：1）在坐標(biāo)紙上描繪同軸電纜的靜電場分布；）在坐標(biāo)紙上描繪同軸電纜的靜電場分布；2）填寫數(shù)據(jù)表；）填寫數(shù)據(jù)表；描繪同軸電纜電場描繪同軸電纜電場0.6V0.8V1.0V1.2VD同軸電纜的靜電場分布同軸電纜的靜電場分布二、描繪兩平行導(dǎo)線的電場分布二、描繪兩平行導(dǎo)線的電場分布 B2.00VV+-A描繪兩平行導(dǎo)線電場描繪兩平行導(dǎo)線電場探針探針1、如上圖所示連接線路；、如上圖所示連接線路；2、取電位差、取電位差V0=2V；3、在電極、在

6、電極A、B之間測之間測4條等勢線（分別按條等勢線（分別按1.0、1.2、 1.4V、1.6V 選?。?，每條等勢線要求至少記選?。?，每條等勢線要求至少記 錄錄8個(gè)個(gè)點(diǎn)；點(diǎn)；4、作出平滑的等勢線，根據(jù)電場線與等勢線正交的原、作出平滑的等勢線，根據(jù)電場線與等勢線正交的原 理作出電力線。理作出電力線。描繪兩平行導(dǎo)線電場描繪兩平行導(dǎo)線電場兩平行導(dǎo)線的電場分布兩平行導(dǎo)線的電場分布1.6V 1.4V1.2V1.0V 思考題思考題1. 用電流場模擬靜電場的理論依據(jù)和條件是什么？用電流場模擬靜電場的理論依據(jù)和條件是什么？ 2. 等勢線和電力線之間有何關(guān)系？等勢線和電力線之間有何關(guān)系？3.若將實(shí)驗(yàn)使用的電源電壓加倍或