4.用模拟法测绘静电场

实验14 用模拟法测绘静电场对于带电导体（电极）在其周围空间形成的静电场，一般情况下，由于电极本身的形状各式各样（规则和不规则），所以在周围空间中的电场强度和电势的分布很难用函数关系式来表述。

因此一般通过实验来测绘。

但是静电场有一非常显著的特性，它对于置于场中的导体（测量仪器、探针）会产生静电感应现象，那么导体的电荷在静电场力的作用下就要重新分布，导体激发的附加电场与原电场叠加就引起原静电场的显著畸变。

为了相对准确的测量，在对静电场研究的过程中发现可以用稳恒电流场来代替静电场进行间接测量，从而相对准确地得到了电场强度和电势的关系。

[实验目的]1．通过模拟法的描述进一步掌握静电场的分布。

2．通过测量，进一步加强对电场强度和电势概念的理解。

3．掌握电场强度与电势的微分关系。

[实验原理]模拟法的本质是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的状态或过程，只要这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，并且这些物理量在两状态或过程下满足基本相同的数学方程。

在模拟法中一般所测量的物理量不是我们直接所要研究的对象，要使两个物理量相互对应，必须要满足一定的相似条件。

在本实验中，稳恒电流场和被模拟的静电场实现模拟的条件为：（1）两个场中的电极形状必须相同或相似，且在场中的位置相同；（2）电流场中的电极的电导率必须远大于导电介质的电导率，以保证电极可近似地视为等势体。

一般电极选用金属（铜或铁）制成，导电介质选用蒸馏水、导电纸（纸上涂有一薄层导电石墨）或其它一些电导率非常小的导电介质；（3）对于真空或空气中的静电场，必须要求电流场中的导电介质为均匀介质，即电导率处处相等。

如图1（a ）所示，在真空中有一半径为的长圆柱体（电极）r a A 和一内半径为的长圆筒导体（电极）B ，两电极同轴。

设电极r b A 、B 的电势分别为U 和U ，且（接地），各带等量异号电荷，在两极间产生静电场。

由静电场的高斯定理可求得在距轴线为A B 0=U B r 处任一点电势U 为： r ab b A r r r r r U U ln /ln =（1）（a ） （b ）图1 无限长同轴圆柱面的电场可见，两极之间产生的静电场的等势面是同轴的圆柱面。

实验模拟法测绘静电场(1)实验模拟法测绘静电场静电场是指由电荷聚集形成的空间区域内的电场。

测绘静电场是电学实验中常见的一个实验内容，通常采用实验模拟法进行测绘。

一、实验原理在静电场内放置带电体，用悬挂的针型电位计在不同位置测量电势，通过电位线的连线方式可以确定电场的分布情况。

二、实验步骤1.用细线将球形金属体悬挂在支架上，并保证金属体不接触任何物体，利用静电机给球形金属体带上一定的电荷。

2.将针型电位计挂在支架上，用细线使针的基准面处于待测电位平面上，调节针的倾斜角度，直至针不再震动。

3.调节支架高度，在不同位置上测量待测电位。

重复多次，取平均值，保留小数点后一位。

4.在同一平面上测量不同点的电位，求出这些点的电势差。

将这些差值连成等势线。

5.根据等势线的连续性和电势变化情况，画出电场线。

三、实验注意事项1.球形金属体应悬挂在支架上，保持离地约2cm的高度，不得接触任何物体。

2.悬挂球体过程中，应避免触碰球体，以免影响其带电状态。

3.当针型电位计基准面的位置发生改变时，应重新调节倾斜角度保证针不震动。

4.针型电位计要保证干燥、清洁、灵敏，不得弯曲或变形，避免因针头偏斜或变形而影响测量结果。

5.实验过程中要保持室内环境的稳定，避免风、温度、湿度等因素的干扰。

四、实验结果根据实验数据，将连续的等势线画出，可以得到静电场的分布情况。

静电场的强度与等势线相互垂直。

等势线的密度越大，电场的强度越大。

从等势线的排列方式可以看出电场的方向，从而确定电场的分布规律。

实验模拟法测绘静电场是一种简单、直观的电学实验方法，可以帮助学生更好地理解静电场的概念，并掌握测量静电场的方法。

模拟法测绘静电场实验报告实验目的：通过模拟法测绘静电场，在实验中掌握静电学原理。

实验仪器：静电场模拟仪、导电笔、示波器等。

实验原理：静电场是指由电荷引起的空间中的电场。

通过模拟法可以在模拟器上模拟出各种不同的电荷分布情况，并通过导电笔和示波器测量出静电场强度分布情况。

实验步骤：1. 按照实验指导书要求连接仪器，并打开静电场模拟仪。

2. 将导电笔插入示波器的X轴通道，将静电场模拟仪输出端口接到Y轴通道上。

3. 在静电场模拟仪上设置电荷分布情况，如单个点电荷、线电荷、平面电荷等，同时观察导电笔示波器上显示的曲线。

4. 更改模拟器上的电荷分布情况，连续多次测量并记录静电场强度分布情况。

5. 汇总所有数据并进行分析，得出实验结果。

实验结果和分析：通过对静电场的模拟实验，得出不同电荷分布情况下静电场强度分布的变化规律。

在线电荷以及平面电荷的情况下，静电场强度的变化呈现出明显的对称性。

单点电荷情况下，静电场呈现出单极性，并且与距离的平方成反比关系。

在实现掌握静电学原理的同时，也通过实验得出了一些静电场强度的变化规律，为今后的科技研究提供了理论基础。

实验结论：通过模拟法测绘静电场实验，掌握了静电学原理，并且了解了电荷分布情况对静电场强度的影响。

同时，也得出了静电场强度的变化规律，为今后的科技研究提供了理论基础。

参考文献：[1] 唐诗怀. 静电场模拟仪实验研究[J]. 现代电子技术, 2015(1): 83-85.[2] 王志勇. 变电工程中静电场的模拟研究[J]. 电力学报, 2014, 29(10): 2386-2392.。

用模拟法测绘静电场实验示范报告【实验目的】1． 懂得模拟实验法的适用条件。

2． 对于给定的电极，能用模拟法求出其电场分布。

3． 加深对电场强度和电势概念的理解【实验仪器】双层静电场测试仪、模拟装置（同轴电缆和电子枪聚焦电极）、JDY 型静电场描绘电源。

[实验原理] 【实验原理】1、静电场的描述电场强度E 是一个矢量。

因此，在电场的计算或测试中往往是先研究电位的分布情况，因为电位是标量。

我们可以先测得等位面，再根据电力线与等位面处处正交的特点，作出电力线，整个电场的分布就可以用几何图形清楚地表示出来了。

有了电位U 值的分布，由 U E -∇=便可求出E 的大小和方向，整个电场就算确定了。

2、实验中的困难实验上想利用磁电式电压表直接测定静电场的电位，是不可能的，因为任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，而静电场是无电流的。

再则任何磁电式电表的内阻都远小于空气或真空的电阻，若在静电场中引入电表，势必使电场发生严重畸变；同时，电表或其它探测器置于电场中，要引起静电感应，使原场源电荷的分布发生变化。

人们在实践中发现，有些测量在实际情况下难于进行时，可以通过一定的方法，模拟实际情况而进行测量，这种方法称为“模拟法”。

3、模拟法理由两场服从的规律的数学形式相同,如又满足相同的边界条件,则电场、电位分布完全相类似，所以可用电流场模拟静电场。

这种模拟属于数学模拟。

静电场(无电荷区) 稳恒电流场(无电流区)⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⋅==⋅=⋅=⎰⎰⎰b aab l d E U 0l d E 0S d D E D ε ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⋅==⋅=⋅=⎰⎰⎰b aab l d E U 0l d E 0S d j E jσ4、讨论同轴圆柱面的电场、电势分布（1）静电场根据理论计算，A 、B 两电极间半径为r 处的电场强度大小为rE 02πετ=A 、B 两电极间任一半径为r 的柱面的电势为ab r bV VAln ln=（2）稳恒电流场在电极A 、B 间用均匀的不良导体（如导电纸、稀硫酸铜溶液或自来水等）连接或填充时，接上电源（设输出电压为V A ）后，不良导体中就产生了从电极A 均匀辐射状地流向电极B 的电流。

模拟法测绘静电场实验报告实验目的，通过模拟法测绘静电场，探究不同电荷分布形式下的电场强度分布规律。

实验仪器，静电场模拟仪、电荷计、导线、电荷点源等。

实验原理，静电场是由电荷产生的，其电场强度与电荷量、距离等因素有关。

在模拟法测绘静电场实验中，我们可以利用静电场模拟仪产生不同形式的电场，并通过电荷计测量不同位置的电场强度，从而得到电场分布的规律。

实验步骤：1. 准备工作，将静电场模拟仪连接电源并调整至合适的工作状态，准备好电荷计和导线等实验仪器。

2. 单电荷点源的电场分布测量，将电荷点源放置在模拟仪的中心位置，利用电荷计在不同位置测量电场强度，并记录数据。

3. 双电荷点源的电场分布测量，在模拟仪上设置两个电荷点源，分别为正电荷和负电荷，测量其电场强度分布，并记录数据。

4. 条形导体的电场分布测量，利用导线在模拟仪上形成条形导体，测量其不同位置的电场强度，并记录数据。

实验结果与分析：通过实验测量得到的数据，我们可以绘制出不同电荷分布形式下的电场强度分布图。

在单电荷点源的情况下，电场强度随着距离的增加呈现出倒数关系，即电场强度与距离的平方成反比。

而在双电荷点源的情况下，正负电荷之间形成的电场强度分布呈现出特定的规律，表现为电场线从正电荷指向负电荷，且电场强度随着距离的增加而减小。

在条形导体的情况下，电场强度在导体表面呈现出最大值，在内部为零。

结论：通过模拟法测绘静电场实验，我们得到了不同电荷分布形式下的电场强度分布规律。

在实验过程中，我们也发现了静电场的一些特性，如电场强度与距离的关系，电场线的走向等。

这些实验结果不仅验证了静电场的基本规律，也为我们深入理解静电场的性质提供了重要的实验依据。

通过本次实验，我们对静电场的测绘方法有了更深入的了解，同时也加深了对静电场的认识。

希望通过这次实验，能够对大家对静电场的研究有所帮助，也希望能够进一步探索静电场的更多特性和应用。

【精品】模拟法测绘静电场静电场是指由于物体之间存在电荷分布而形成的电场。

在工程和科学领域中，经常需要对静电场进行测绘。

本文将介绍一种常用的方法——模拟法。

1. 原理模拟法测绘静电场的基本原理是利用电荷的电场和静电感应的作用，在空间中布置一些具有特定电荷的物体，通过对这些物体上的电势和电荷分布的控制，模拟出所需的静电场分布。

在模拟法中，常用的物体有电荷点、电荷线、等势面、振荡器等。

通过调节这些物体的位置、形状和电荷量等参数，可以得到所需的电场分布。

2. 测绘流程2.1 设计测绘方案在进行静电场测绘前，需要先设计测绘方案。

具体包括选择适当的模拟法、确定所需的电场分布形式和精度要求、设计模拟装置的形状和大小等。

2.2 构建模拟装置根据测绘方案，选择合适的物体和电荷量，并在空间中布置出模拟装置。

调整各个物体的位置和形状，使其与所需的电场分布一致。

2.3 测量电势分布使用电势计或电位差计对模拟装置上各点的电势进行测量。

根据电势的量值和位置，可以确定静电场的分布。

2.4 计算电场强度根据电势分布，可以利用电场强度计算公式计算出空间中各点的电场强度。

2.5 验证精度根据测绘精度要求，采取不同的验证方法进行验证，如比较测绘结果和理论计算值的误差、对测绘结果进行重复测试等。

3. 应用范围模拟法测绘静电场适用于各种需要静电场测绘的场合，如电力系统的电气绝缘设计、静电喷涂和静电吸尘等工业应用、分子静电场分布研究等科学领域。

4. 注意事项在进行模拟法测绘静电场时，需要注意以下事项：4.1 模拟装置的搭建需要具有一定的技术水平和操作经验。

4.2 在选择电荷量和物体形状时，应根据具体情况进行合理选择。

4.3 测量电势时应避免外来因素的干扰，以保证测量精度。

4.4 模拟法只能模拟出静电场的分布情况，无法模拟出电磁场和辐射场等其他类型的场。

5. 结论模拟法测绘静电场是一种有效的方法，可以用于各种静电场测绘需求。

在进行测绘前应设计好测绘方案，正确选择各个参数，严格控制测量环境，以保证测绘结果的可靠性和精度。

实验三十九用模拟法测绘静电场实验目的：1.描绘同轴电缆的静电场分布（测绘等位线，画出电场线）；2.锻炼自我实验操作能力。

实验原理：1、如果两种物理现象在一定的条件下满足同一形式的数学规律，就可一将对其中一种物理现象的研究来代替对另一种物理现象的研究，这种研究方法称为模拟法。

2、实验中用稳恒电流场来模拟静电场正是应用了形式上的相似性。

虽然相似但不是等同。

所以使用模拟法时，必须注意到它的适用条件。

●电流场中的导电介质分布必须相当于静电场中的介质分布。

●静电场中的带电导体的表面是等为面，则稳恒电流场中的导电体也应该是等位面，这就要求采用良好的导电体来制作导电电极，而且导电介质的电导率也不易太大，且要均匀●测定导电介质中的电位时，必须保证探测电极支路中无电流通过●用长同轴圆柱形电极间稳恒电流场模拟长同轴圆柱形导体间静电场的依据3、场强在数值上等于电位剃度，方向指向电位降落的方向，先测绘等位线，然后根据电场线与等位线正交的原理，画出电场线涉及公式：ar Edr UUUaraarln20επλ-=-=⎰（1）ab r b UUarlnln= （2）ab Irb arbrURUlnln'==（3）r=a rV V ab b )( （4）实验仪器：EQC —2型静电场测绘仪（包括导电玻璃，双层固定支架，同步探针）， 直流稳压电源， 记录纸。

实验方法：1、测绘等位线，要求相邻两等位线间的电势差为1V 共测8条，每条等位线测定出8个均匀分布的点，画出等位线的 同心圆簇。

2、画出电场线，指出电场强度的方向3、由公式r=a rV V ab b )(计算出理论圆半径（b=75.00mm, a=5.000mm, a V =10V ）实验数据处理：表1 各等位线半径数据表2 半径测量数据表单位：mm。

⽤模拟法测绘静电场实验报告⽤模拟法测绘静电场实验报告【⼀】实验⽬的及实验仪器实验⽬的: 1.学习⽤模拟法测绘静电场的分布;2.加深对电场强度及电位概念的理解。

实验仪器:电源、毫⽶⽅格纸、导线、静电场测绘仪、万⽤表【⼆】实验原理及过程简述⼀.实验原理:1.模拟的依据:由电磁理论知道，稳恒电流的电场和相应的静电场空间形式是⼀致的。

只要电极形状⼀定，空间介质均匀，在任何⼀个考察点均有U稳恒＝U静电，或E稳恒＝E静电。

稳恒电流场与静电场的分布也是相同的，因此欲测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流的电场。

2.电压表法:以平⾏输电线的电极A、B模拟等值异号电荷，测绘电场分布情况。

将电报A、B与导电勿紧密接触，接通电源E，则在导电纸上形成平⾯电流场，电流由A向B辐向传导，导电物质上任⼀点具有确定的电位U c，可由电压表指⽰，将具有相同U c的点相连即为等位线。

3.检流记法:检流计追G跨接在C、D两端，D点的电位由分压器预先测量，当U c＝U时，电流计中⽆电流通过，指针不偏转，移动测笔C，找到这些使G不偏转的点，然后连接起来，即为U D的等位线。

4.⽅法依据:场强E在数值上等于电位梯度，⽅向指向电位降落的⽅向。

⼆.过程简述:1.记录电极尺⼨a和b。

接通电路，将开关拨到"校准"，得出U a。

2.将开关拨到"读数"，固定毫⽶⽅格纸，测绘平⾏输电线(模拟等值异号点电荷)的等位线簇。

取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿⼤约10个点数，取下⽅格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线。

3.固定另⼀张毫⽶⽅格纸，测绘同轴电缆(模拟同轴圆柱带电体)的等位线簇。

取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿⼤约10个点数，取下⽅格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线，量取五个等位线圈的等位半径R P。

根据公式计算相应理论电位半径R T＝b/[b/a∧(U r/U a)]，并计算绝对误差和⽬标误差E(%)＝(R T－R P)/R T×100%。

实验六模拟法测绘静电场实验六模拟法测绘静电场一、实验目的1.了解用模拟法测绘静电场分布的原理；2.用模拟法测绘静电场的分布，做出等势线和电场线。

二、实验仪器静电场描绘仪、电极、静电场描绘仪电源、水槽（导电纸）、数字电压表、连接导线等。

仪器介绍静电场描绘仪由电极架、电极（DZ-型3种导电纸电极）、同步探针等组成，还有配套的静电场描绘仪电源。

1.静电场描绘仪静电场描绘仪示意图见图34-1，仪器下层用于放置水槽导电纸电极，上层用于安放坐标纸，是测量探针，用于在水中或导电纸上测量等势点，是记录探针，可将在水中或导电纸上测得的各电势点同步地记录在坐标纸上（打出印迹）。

由于、是固定在同一探针架上的，所以两者绘出的图形完全相同。

2.电极电极的外形如图34-2所示：其中为同轴圆柱面电极，为平行导线电极，为聚焦电极，为平行板电极，为点与平板电极。

3.同步探针同步探针由装在探针座上的两根同样长短的弹性簧片末端的两根细而圆滑的钢针组成，如图34-3所示。

下探针深入水槽的水中或导电纸上，用来探测水中电流场或导电纸上电场各处的电势数值，上探针略向上翘起，两探针通过金属探针臂固定在同一手柄上，两探针始终保持在同一铅垂线上，移动手柄座时，可保证上下两个探针的运动轨迹是一样的。

当探针座在电极架下层右边的平板上自由移动时，下探针探出等势点后，用手指轻轻按下上探针上的按钮，上探针针尖就在坐标纸上打出相应的等势点。

4.静电场描绘电源（1）技术指标①适用电源:；②输出稳压电压：（-12型）；（-10型）；③最大输出电流：0.5；④交流数字电压表最大量程：；数字电压表最大量程：；内阻：⑤适用环境：温度，相对湿度。

（2）使用操作①开机前，先将“测量、输出”转换开关拨向“输出”。

②按实验要求连接好电路，检查无误后打开电源开关。

③调节输出电压到预设制后，转换开关拨向“测量”进行测量，实验结束时，再将转换开关拨回“输出”后关闭电源。

三、实验原理带电体在其周围空间会产生静电场，可以用电场强度或电位的空间分布来描述。

用模拟法测绘静电场实验报告【一】实验目的及实验仪器实验目的: 1.学习用模拟法测绘静电场的分布;2.加深对电场强度及电位概念的理解。

实验仪器:电源、毫米方格纸、导线、静电场测绘仪、万用表【二】实验原理及过程简述一.实验原理:1.模拟的依据:由电磁理论知道，稳恒电流的电场和相应的静电场空间形式是一致的。

只要电极形状一定，空间介质均匀，在任何一个考察点均有U稳恒＝U静电，或E稳恒＝E静电。

稳恒电流场与静电场的分布也是相同的，因此欲测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流的电场。

2.电压表法:以平行输电线的电极A、B模拟等值异号电荷，测绘电场分布情况。

将电报A、B与导电勿紧密接触，接通电源E，则在导电纸上形成平面电流场，电流由A向B辐向传导，导电物质上任一点具有确定的电位U c，可由电压表指示，将具有相同U c的点相连即为等位线。

3.检流记法:检流计追G跨接在C、D两端，D点的电位由分压器预先测量，当U c＝U时，电流计中无电流通过，指针不偏转，移动测笔C，找到这些使G不偏转的点，然后连接起来，即为U D的等位线。

4.方法依据:场强E在数值上等于电位梯度，方向指向电位降落的方向。

二.过程简述:1.记录电极尺寸a和b。

接通电路，将开关拨到"校准"，得出U a。

2.将开关拨到"读数"，固定毫米方格纸，测绘平行输电线(模拟等值异号点电荷)的等位线簇。

取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿大约10个点数，取下方格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线。

3.固定另一张毫米方格纸，测绘同轴电缆(模拟同轴圆柱带电体)的等位线簇。

取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿大约10个点数，取下方格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线，量取五个等位线圈的等位半径R P。

根据公式计算相应理论电位半径R T＝b/[b/a∧(U r/U a)]，并计算绝对误差和目标误差E(%)＝(R T－R P)/R T×100%。

用模拟法测绘静电场实验示范报告【实验目的】1．懂得模拟实验法的适用条件。

2．对于给定的电极，能用模拟法求出其电场分布。

3．加深对电场强度和电势概念的理解【实验仪器】双层静电场测试仪、模拟装置（同轴电缆和电子枪聚焦电极）、JDY型静电场描绘电源。

[实验原理]【实验原理】1、静电场的描述电场强度E是一个矢量。

因此，在电场的计算或测试中往往是先研究电位的分布情况，因为电位是标量。

我们可以先测得等位面，再根据电力线与等位面处处正交的特点，作出电力线，整个电场的分布就可以用几何图形清楚地表示出来了。

有了电位U值的分布，由便可求出E的大小和方向，整个电场就算确定了。

2、实验中的困难实验上想利用磁电式电压表直接测定静电场的电位，是不可能的，因为任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，而静电场是无电流的。

再则任何磁电式电表的内阻都远小于空气或真空的电阻，若在静电场中引入电表，势必使电场发生严重畸变；同时，电表或其它探测器置于电场中，要引起静电感应，使原场源电荷的分布发生变化。

人们在实践中发现，有些测量在实际情况下难于进行时，可以通过一定的方法，模拟实际情况而进行测量，这种方法称为“模拟法”。

3、模拟法理由两场服从的规律的数学形式相同,如又满足相同的边界条件,则电场、电位分布完全相类似，所以可用电流场模拟静电场。

这种模拟属于数学模拟。

静电场(无电荷区) 稳恒电流场(无电流区)4、讨论同轴圆柱面的电场、电势分布（1）静电场根据理论计算，A、B两电极间半径为r处的电场强度大小为A、B两电极间任一半径为r的柱面的电势为（2）稳恒电流场在电极A、B间用均匀的不良导体（如导电纸、稀硫酸铜溶液或自来水等））后，不良导体中就产生了从电极A 连接或填充时，接上电源（设输出电压为VA均匀辐射状地流向电极B的电流。

电流密度为式中E′为不良导体内的电场强度，ρ为不良导体的电阻率。

半径为r的圆柱面的电势为图1、同轴圆柱面的电场分布图2、不良导体圆柱面电势分布结论：稳恒电流场与静电场的电势分布是相同的。

模拟法测绘静电场实验示范报告【实验目的】1． 理解模拟实验法的适用条件。

2． 对于给定的电极，能用模拟法求出其电场分布。

3． 加深对电场强度和电势概念的理解【实验仪器】JDY 型双层静电场测试仪、JDY 型静电场描绘电源、模拟装置（同轴电缆和电子枪聚焦电极）。

【实验原理】 1、静电场的描述电场强度E 是一个矢量。

因此，在电场的计算或测试中往往是先研究电位的分布情况，因为电位是标量。

我们可以先测得等位面，再根据电力线与等位面处处正交的特点，作出电力线，整个电场的分布就可以用几何图形清楚地表示出来了。

有了电位U 值的分布，由 UE -∇= 便可求出E 的大小和方向，整个电场就算确定了。

2、模拟法实验上想利用磁电式电压表直接测定静电场的电位，是不可能的，因为任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，而静电场是无电流的。

再则任何磁电式电表的内阻都远小于空气或真空的电阻，若在静电场中引入电表，势必使电场发生严重畸变；同时，电表或其它探测器置于电场中，要引起静电感应，使原场源电荷的分布发生变化。

人们在实践中发现，有些测量在实际情况下难于进行时，可以通过一定的方法，模拟实际情况而进行测量，这种方法称为“模拟法”。

由于静电场和稳恒电流场服从的规律的数学形式相同,如又满足相同的边界条件,则电场、电位分布完全相类似，所以可用电流场模拟静电场。

这种模拟属于数学模拟。

静电场(无电荷区) 稳恒电流场(无电流区)⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⋅==⋅=⋅=⎰⎰⎰b aab l d E U 0l d E 0S d D E D ε⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⋅==⋅=⋅=⎰⎰⎰b aab l d E U 0l d E 0S d j E jσ3、讨论同轴圆柱面的电场、电势分布 （1）静电场根据理论计算，A 、B 两电极间半径为r 处的电场强度大小为rE 02πετ=A 、B 两电极间任一半径为r 的柱面的电势为ab r b V V Alnln=（2）稳恒电流场在电极A 、B 间用均匀的不良导体（如导电纸、稀硫酸铜溶液或自来水等）连接或填充时，接上电源（设输出电压为V A ）后，不良导体中就产生了从电极A 均匀辐射状地流向电极B 的电流。

模拟法测绘静电场实验示范报告1. 实验目的本实验的主要目的是通过模拟法测绘静电场，学习静电场的基本概念和相关计算方法，并掌握使用静电力计、数字万用表等仪器的操作方法和技巧。

2. 实验原理静电场是指存在电荷分布的空间区域内，电荷所产生的电场作用于在其中的试验电荷。

静电场的特点是无旋、无源，且具有叠加原理。

在实际测量中，静电场多采用电势差方法进行研究，即通过测量不同位置的电势差，推算出电荷的分布情况。

模拟法测绘静电场实验是指通过电荷的沉积和排斥作用，模拟出静电场的分布情况。

一般采用带电细铁丝或导线作为电荷源，将其插入测试区域内，再利用静电力计或数字万用表等仪器测量不同位置的电势差，最终得出静电场的分布情况。

3. 实验器材和设备静电力计、电势计、数字万用表、带电细铁丝或导线等。

4. 实验步骤2) 准备带电细铁丝或导线，并将其插入测试区域内，调整其位置和方向，使其尽量均匀地分布在测试区域内。

3) 将电势计和数字万用表等仪器校准好，确保其准确可靠。

4.2 静电场模拟和测量1) 打开静电力计，将其静电感应板置于测试区域内，观察静电力计显示的读数，确定测试区域内的静电场强度。

2) 接通电势计和数字万用表等仪器，分别测量不同位置的电势差和电场强度，记录并计算出静电场的分布情况。

3) 根据实验数据，绘制出静电场分布图，分析其特点和规律。

1) 关闭仪器设备，进行清理和整理。

2) 统计实验数据并撰写实验报告。

5. 实验注意事项1) 操作仪器前，应先熟悉其使用方法和注意事项，并进行相应的校准和调试。

2) 在测试区域内移动时，应避免带电细铁丝或导线与静电力计等仪器相碰或擦拭，以免造成干扰或损坏。

3) 测量过程中，应注意保持测试区域的环境稳定和相对干燥，以免影响测试结果。

4) 实验结束后，应及时清理和整理仪器设备，并保存好相关数据和记录。

6. 实验结果分析通过模拟法测绘静电场实验，我们成功地测量出了测试区域内的静电场分布情况，并绘制出了相应的静电场分布图。

模拟法测绘静电场实验报告模拟法测绘静电场实验报告引言：静电场是物理学中的重要概念之一，它在现代科技和生活中有着广泛的应用。

为了更好地理解和研究静电场的特性，我们进行了一项模拟法测绘静电场的实验。

本实验旨在通过模拟法测绘电场线和等势线，探究静电场的分布规律，并进一步加深对静电场的理解。

实验目的：1. 通过模拟法测绘电场线和等势线，研究静电场的分布规律。

2. 探究不同电荷分布情况对静电场的影响。

实验材料和仪器：1. 电荷模拟器：用于模拟电荷分布情况。

2. 静电场测绘仪：用于测量电场强度。

3. 电位差计：用于测量电位差。

4. 导线、电源等。

实验步骤：1. 搭建实验装置：将电荷模拟器放置在平面上，连接静电场测绘仪和电位差计。

2. 调整电荷模拟器：根据实验要求，设置电荷的分布情况，例如正电荷和负电荷的位置和数量。

3. 测量电场强度：通过静电场测绘仪测量不同位置的电场强度，并记录数据。

4. 测量电位差：利用电位差计测量不同位置的电位差，并记录数据。

5. 绘制电场线和等势线：根据测量数据，使用合适的比例尺和工具，绘制电场线和等势线。

6. 分析实验结果：观察电场线和等势线的分布情况，分析不同电荷分布情况对静电场的影响。

实验结果：通过实验，我们得到了一组电场线和等势线的分布图。

观察图像可以发现，电场线从正电荷指向负电荷，且越靠近电荷，电场线越密集。

而等势线则与电场线垂直相交，并且等势线的间距越近，电势差越大。

讨论与分析：根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 电场线和等势线的分布图形状与电荷的分布情况密切相关。

当正负电荷的数量和位置发生变化时，电场线和等势线的分布也会相应变化。

2. 电场线表示了电场的方向，而等势线表示了电势的大小。

电场线和等势线的交替分布形成了静电场的特征。

3. 静电场的分布受到电荷的数量、位置和性质的影响。

正电荷和负电荷之间的相互作用会导致电场的分布不均匀。

结论：通过模拟法测绘静电场的实验，我们深入了解了静电场的特性和分布规律。

⽤模拟法测绘静电场实验报告!!⽤< 模拟法测绘静电场> 实验报告【实验⽬的】1．懂得模拟实验法的适⽤条件。

2．对于给定的电极，能⽤模拟法求出其电场分布。

3．加深对电场强度和电势概念的理解【实验仪器】双层静电场测试仪、模拟装置（同轴电缆和电⼦枪聚焦电极）。

[ 实验原理]【实验原理】1、静电场的描述电场强度E 是⼀个⽮量。

因此，在电场的计算或测试中往往是先研究电位的分布情况，因为电位是标量。

我们可以先测得等位⾯，再根据电⼒线与等位⾯处处正交的特点，作出电⼒线，整个电场的分布就可以⽤⼏何图形清楚地表⽰出来了。

有了电位U 值的分布，由EU便可求出E 的⼤⼩和⽅向，整个电场就算确定了。

2、实验中的困难实验上想利⽤磁电式电压表直接测定静电场的电位，是不可能的，因为任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，⽽静电场是⽆电流的。

再则任何磁电式电表的内阻都远⼩于空⽓或真空的电阻，若在静电场中引⼊电表，势必使电场发⽣严重畸变；同时，电表或其它探测器置于电场中，要引起静电感应，使原场源电荷的分布发⽣变化。

⼈们在实践中发现，有些测量在实际情况下难于进⾏时，可以通过⼀定的⽅法，模拟实际情况⽽进⾏测量，这种⽅法称为“模拟法” 。

3、模拟法理由两场服从的规律的数学形式相同, 如⼜满⾜相同的边界条件, 则电场、电位分布完全相类似，所以可⽤电流场模拟静电场。

这种模拟属于数学模拟。

静电场（⽆电荷区）稳恒电流场（⽆电流区）(2) 稳恒电流场在电极A 、B 间⽤均匀的不良导体(如导电纸、稀硫酸铜溶液或⾃来⽔等)连接或填充时，接上电源(设输出电压为 V A )后，不良导体中就产⽣了从电极 A 均匀辐射状地流向电极 B 的电流。

电流密度为式中E'为不良导体内的电场强度，p 为不良导体的电阻率。

半径为r 的圆柱⾯的电势为I - InV V A fln - aD dS 0E dl 0-U ab E dlaj Ej dS 0 dl 0bE dlaU ab4、讨论同轴圆柱⾯的电场、电势分布 (1) 静电场根据理论计算，A 、B 两电极间半径为r 处的电场强度⼤⼩为2 o rA B 两电极间任⼀半径为 r 的柱⾯的电势为吐V A — In - a结论：稳恒电流场与静电场的电势分布是相同的。

用模拟法测绘静电场实验示范陈说之阿布丰王创作【实验目的】1．理解模拟实验法的适用条件.2．对给定的电极,能用模拟法求出其电场分布.3．加深对电场强度和电势概念的理解【实验仪器】双层静电场测试仪、模拟装置（同轴电缆和电子枪聚焦电极）、JDY型静电场描绘电源.[实验原理]【实验原理】1、静电场的描述电场强度E是一个矢量.因此,在电场的计算或测试中往往是先研究电位的分布情况,因为电位是标量.我们可以先测得等位面,再根据电力线与等位面处处正交的特点,作出电力线,整个电场的分布就可以用几何图形清楚地暗示出来了.有了电位U值的分布,由即可求出E的年夜小和方向,整个电场就算确定了.2、实验中的困难实验上想利用磁电式电压表直接测定静电场的电位,是不成能的,因为任何磁电式电表都需要有电流通过才华偏转,而静电场是无电流的.再则任何磁电式电表的内阻都远小于空气或真空的电阻,若在静电场中引入电表,势必使电场发生严重畸变；同时,电表或其它探测器置于电场中,要引起静电感应,使原场源电荷的分布发生变动.人们在实践中发现,有些丈量在实际情况下难于进行时,可以通过一定的方法,模拟实际情况而进行丈量,这种方法称为“模拟法”.3、模拟法理由两场服从的规律的数学形式相同,如又满足相同的鸿沟条件,则电场、电位分布完全相类似,所以可用电流场模拟静电场.这种模拟属于数学模拟.静电场(无电荷区) 稳恒电流场(无电流区)4、讨论同轴圆柱面的电场、电势分布（1）静电场根据理论计算,A、B两电极间半径为r处的电场强度年夜小为A、B两电极间任一半径为r的柱面的电势为（2）稳恒电流场在电极A、B间用均匀的不良导体（如导电纸、稀硫酸铜溶液或自来水等）连接或填充时,接上电源（设输出电压为V A）后,不良导体中就发生了从电极A均匀辐射状地流向电极B的电流.电流密度为式中E′为不良导体内的电场强度,ρ为不良导体的电阻率.半径为r的圆柱面的电势为图1、同轴圆柱面的电场分布图2结论：稳恒电流场与静电场的电势分布是相同的.由于稳恒电流场和静电场具有这种等效性,因此要测绘静电场的分布,只要测绘相应的稳恒电流场的分布就行了.[实验内容与步伐]1、丈量无限长同轴圆柱间的电势分布.（1）在测试仪上层板上放定一张坐标识表记标帜录纸,下层板上放置水槽式无限长同轴圆柱面电场模拟电极.加自来水填充在电极间.（2）接好电路.调节探针,使下探针浸入自来水中,触及水槽底部,上探针与坐标纸有1-2mm的距离.（3）接通电源,K2扳向“电压输出”位置.调节交流输出电压,使AB两电极间的电压为交流12V,坚持不变.（4）移动探针,在A电极附近找出电势为10V的点,用上探针在坐标纸上扎孔为记.同理再在A周围找出电势为10V的等势点7个,扎孔为记.（5）移动探针,在A电极周围找出电势分别为8V,6V,4V,2V 的各8个等势点（圆越年夜,应多找几点）,方法如步伐（4）.（6）分别用8个等势点连成等势线（应是圆）,确定圆心O 的位置.量出各条等势线的坐标r（纷歧建都相等）,并分别求其平均值.（7）用游标卡尺分别测出电极A和B的直径2a和2b .（8）计算各相应坐标r处的电势的理论值V理,并与实验值比力,计算百分差.（9）根据等势线与电力线相互正交的特点,在等势线图上添置电力线,成为一张完整的两无限长带等量异号电荷同轴圆柱面的静电场分布图.（10）以lnr为横坐标,V实为纵坐标,做V实-lnr曲线,并与V理-lnr曲线比力2、丈量聚焦电极的电势分布（选做）分别测10.00V、9.00V、8.00V、7.00V、6.00V、4.00V、3.00V、2 .00V、1.00V、0.00V等,一般先测5 .00V的等位点,因为这是电极的对称轴.步伐同上[数据记录]模拟电场分布测试数据V A=±0.01V 2a=± 2b=±V理(V)r(cm)1．10 1．50 2．15 ？3．58 V理8．17 3．12 ？处置：1、用圆规和曲线板绘出园柱形同轴电缆电场等位线(注意电极的位置).2、根据电力线垂直等位面,绘出电力线.贴图1：同轴圆柱体贴图2：聚焦电极3、在圆柱形电缆电场分布图上量出各等位线的半径,计算V 并与理论值比力,求出其相对误差.（1）1 1.10r cm =；则11ln()8.17()ln()Ar b V V V a b ==； （2）2 1.50r cm =；则12ln()6.31()ln()Ar b V V V a b ==；（3）要具体计算 （4）要具体计算 （5）要具体计算 结果分析：（1）由图中可以看出实际丈量值都在理论值的下方,说明实验的误差主要来自系统误差.本次丈量中误差最小为 2.1%,最年夜为电力线实线等势线虚线6.5%,超越了仪器的精度1%,认为系统误差在把持中某实验条件未符合时引入的,而且半径越小的处所误差越年夜.这充沛说明实验中要保证水槽 的水介质要均匀分布,而且描绘的等势点不能太少,否则半径会引入较年夜的误差.（2）等势面由人工拟合,因此半径的计算较粗拙,估计至少分析对第一组的影响,说明在确定命据点时,一定要保证装置以及把持的稳定性,另外数据尽量多,以减少实验值的摆荡性.。