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一、实验目的1. 理解模拟实验法的适用条件。
2. 掌握用模拟法测绘静电场的原理和方法。
3. 加深对电场强度和电位概念的理解。
4. 通过实验，提高实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理静电场是由静止电荷产生的电场，其电场强度E与电荷量Q和距离r的关系为E=kQ/r^2，其中k为库仑常数。
静电场的电位U与电荷量Q和距离r的关系为U=kQ/r。
由于静电场中的电荷不运动，因此静电场是稳恒的。
在实验中，由于静电场中电荷不运动，直接测量静电场的电场强度和电位比较困难。
因此，我们采用模拟法，利用稳恒电流场来模拟静电场，从而间接测量静电场的分布。
稳恒电流场中，电流密度J与电场强度E的关系为J=σE，其中σ为电导率。
稳恒电流场的电位U与电流密度J和距离r的关系为U=-∫J·dr。
在模拟实验中，我们通过改变电流强度，调整模拟装置，使得模拟电流场的分布与静电场相似，从而间接测量静电场的分布。
三、实验仪器1. 模拟装置：同轴电缆和电子枪聚焦电极。
2. 静电场描绘仪。
3. 静电场描绘仪信号源。
4. 导线。
5. 数字电压表。
6. 电极。
7. 同步探针。
8. 坐标纸。
四、实验步骤1. 将同轴电缆的一端与静电场描绘仪连接，另一端与电子枪聚焦电极连接。
2. 调节静电场描绘仪信号源，输出一定电压。
3. 将电子枪聚焦电极放置在坐标纸上，调节电子枪的聚焦，使得电子束在坐标纸上形成一个清晰的光点。
4. 移动电子枪聚焦电极，在坐标纸上描绘出模拟电流场的等位线。
5. 根据等位线的分布，分析模拟电流场的电场强度和电位分布。
6. 通过比较模拟电流场和静电场的相似性，间接测量静电场的分布。
五、实验结果与分析1. 通过实验，我们成功描绘出模拟电流场的等位线，等位线呈同心圆分布，符合稳恒电流场的特性。
2. 通过分析等位线的分布，我们得出模拟电流场的电场强度和电位分布，与静电场的理论分布相似。
3. 实验结果表明，模拟法可以有效地测绘静电场的分布，为静电场的研究提供了方便。
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报告实验目的，通过模拟法测绘静电场，探究静电场的分布规律。
实验仪器，静电场模拟装置、静电场测量仪、导线、电荷点源等。
实验原理，静电场是由电荷引起的，电荷周围存在静电场。
在电场中，电荷会受到电场力的作用，这种力的大小和方向与电荷的大小和位置有关。
通过模拟法可以模拟出静电场的分布情况，进而研究静电场的性质。
实验步骤：1. 将静电场模拟装置放置在实验台上，并连接好静电场测量仪。
2. 调节模拟装置中的电荷点源位置，使其在不同位置放置电荷点源。
3. 通过测量仪器记录下不同位置的电场强度，并绘制出电场线分布图。
4. 根据实验数据，分析电场的分布规律，探究电场强度与电荷点源位置的关系。
实验结果与分析：通过实验数据和电场线分布图的分析，我们发现电场强度与电荷点源的位置呈现出明显的规律性。
当电荷点源靠近时，电场强度较大，随着距离的增加，电场强度逐渐减小。
这与静电场的理论分布规律相符合。
同时，我们还发现了电场线的分布形态，可以清晰地展现出电场的方向和强度分布情况。
结论：通过模拟法测绘静电场实验，我们成功地探究了静电场的分布规律。
实验结果表明，电场强度与电荷点源位置呈现出一定的关系，这为我们进一步研究静电场的性质提供了重要的实验基础。
同时，通过实验还可以直观地观察到电场线的分布形态，从而更加深入地理解了静电场的特性。
总结：静电场是物理学中重要的研究对象，通过模拟法测绘静电场实验，我们可以直观地了解电场的分布规律。
本实验的成功进行，为我们进一步深入研究静电场的特性提供了重要的实验基础。
希望通过这次实验，能够增进我们对静电场的认识，为今后的学习和研究打下坚实的基础。
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引言：静电场是物理学中的一个重要概念，它描述了电荷之间相互作用的力场。
为了更好地理解和研究静电场，我们进行了一项模拟实验来测绘静电场的分布情况。
本实验旨在通过模拟法，使用一些基本的物理原理和数学工具，测绘出静电场的等势线和力线，以便更好地理解静电场的性质和特点。
实验方法：1. 实验器材准备：- 一个平面上的导体板，用来模拟电荷分布；- 一些金属探针，用来检测导体板上的电势；- 一些小球状物体，代表电荷；- 一些细线，用于绘制力线。
2. 实验步骤：a. 将导体板放置在平面上，固定不动；b. 将小球状物体放置在导体板上，代表电荷；c. 使用金属探针在导体板上不同位置进行电势测量，记录下测得的电势值；d. 使用细线连接小球状物体，绘制出力线的形状和分布。
实验结果：通过实验，我们得到了导体板上不同位置的电势测量结果，并绘制出了力线的分布图。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 等势线：- 等势线是连接电势相等点的曲线，实验中我们观察到等势线呈现出环形的形状，且越靠近电荷的位置，等势线的密度越大；- 等势线的密度代表了电势变化的快慢，密集的等势线表示电势变化较大，而稀疏的等势线则表示电势变化较小。
2. 力线：- 力线是描述电场强度分布的曲线，实验中我们观察到力线从正电荷指向负电荷，且力线越靠近电荷的位置越密集；- 力线的密集程度代表了电场强度的大小，密集的力线表示电场强度较大，而稀疏的力线则表示电场强度较小。
讨论与分析：通过对实验结果的观察与分析，我们可以进一步探讨静电场的性质和特点。
1. 电势与电场强度：- 根据实验结果，我们可以得出结论：电势的变化率与电场强度的大小成正比； - 在实验中，我们观察到电势变化较大的地方，力线也相对较密集，这说明电场强度较大；- 通过测量电势的变化率，我们可以推断出电场强度的大小和方向。
2. 电荷分布与电场形状：- 在实验中，我们使用小球状物体模拟电荷，观察到力线从正电荷指向负电荷，这符合电荷之间相互吸引的特性；- 通过绘制力线的分布图，我们可以更直观地了解电场的形状和分布情况；- 实验结果表明，电场强度在电荷附近较大，随着距离的增加逐渐减小，这符合电荷之间相互作用的规律。
模拟法绘制静电场实验报告完整实验目的：通过模拟法绘制静电场，观察和分析电荷分布与电力线的关系。
实验原理：静电场是指由于电荷产生的电场，可以通过电力线的形式来表示。
在均匀带电平面附近，电力线是平行的，并指向电荷的正方向；当电力线穿过带电体的表面时，法向量与表面垂直；而在电荷周围，电力线指向正电荷、由负电荷指出。
实验装置：- 电荷模拟器（可调节电荷量和位置）- 电荷分布测量仪（用于测量电荷模拟器上的电荷分布）- 实验模拟软件（用于绘制静电场）实验步骤：1. 打开实验模拟软件并设置电荷模拟器上所放电荷的类型（正/负电荷）和电荷量。
我们选择先放置一个正电荷，电荷量为Q1。
2. 使用电荷分布测量仪测量电荷模拟器上的电荷分布，记录下这些数据。
3. 在模拟软件中，根据测量数据并参考实验原理，绘制电力线。
注意电力线的起点位置应该在电荷模拟器的电荷上。
4. 取下原来的电荷，放置一个负电荷，电荷量为Q2。
重复步骤2-3。
5. 在实验模拟软件中比较两种不同电荷情况下的电力线分布，观察它们之间的差异。
6. 调整电荷模拟器上的电荷位置及电荷量，重复步骤2-5，以得到更多不同情况下的电力线分布。
实验结果和讨论：根据绘制的电力线，我们可以看到电荷Q1和Q2产生了不同的电场分布。
当Q1为正电荷，Q2为负电荷时，电力线从Q1出发指向Q2，并在两个电荷中间形成一束电力线。
如果Q1和Q2的电荷量一样，电力线分布会更均匀。
当两个电荷之间的距离变小，电力线的密度会变大。
通过模拟法绘制的静电场，可以更直观地观察和理解电荷分布对电力线分布的影响。
此外，通过模拟法还可以方便地调整电荷的位置和电荷量，从而探讨不同电荷情况下的静电场特性。
实验结论：通过模拟法绘制静电场，我们可以观察到电荷分布与电力线之间的关系，并通过调整电荷的位置和电荷量，探讨不同电荷情况下的静电场特性。
这种实验方法可以帮助我们更好地理解静电场的产生和分布。
实验八模拟法测绘静电场一、实验目的本次实验的主要目的是通过模拟方法来测量和表示静电场的分布情况。
二、理论基础静电场状态由电荷的分布情况决定，电荷的分布情况使得静电位的分布情况也会发生改变，而电荷的分布情况又受多种条件的影响，比如电压、静电场强度、磁场强度、导电体的分布情况等等。
因此，要想知道电荷和静电位之间的关系及其分布情况，就需要运用数学模型进行模拟表征。
三、实验原理模拟法测绘静电场是在一定条件下，用解析几何（如偏微分方程、矢量场和积分方法等）、形态学（如高斯渐近定理、多重偏微分方程等）及其它科学的数学方法等，来模拟电荷的分布情况和电荷的作用，从而进行概括表征，最终形成有时间变化和空间变化的静电场数学模型，以及与静电场有关的参数的变化，而这些模拟的参数和表示形式，也就是我们测绘出的静电场情况。
四、实验设备1、计算机：计算机可以用于输入电荷的部署及其分布情况，以进行模拟计算。
2、电子指针仪：指针仪可以用于读取和显示测量得出的结果，以及从中观察出的静电场的变化率。
3、控制系统：此处控制系统需要配合电子指针仪和计算机，进行模拟法测绘静电场的运行。
五、实验步骤1、熟悉计算机系统：先充分理解和熟悉系统中计算机的操作，以及电子指针仪的使用技巧。
2、调整系统参数：调整计算机系统参数，保证系统在正确的环境中运行。
3、控制系统：根据实验要求，通过控制系统对计算机系统进行操作，以完成测绘静电场的过程。
4、观察结果：操作完毕后，用电子指针仪来读取控制系统的输出结果，观察并进行分析，以了解静电场的数据情况。
六、安全注意事项1、在操作系统时，一定要保证电子指针仪得到正确的数据支持，不可以有错误或者失误的情况，避免造成不必要的损失。
2、实验时，要确保环境的温湿度稳定，避免造成复杂的环境条件，以牵制实验数据的准确性。
3、操作完毕后，要对系统进行全面的检测和维护，以确保所有的系统能正常运行。
实验八 模拟法测绘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、不便测量的状态和过程，要求这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，且满足相似的数学形式及边界条件。
一般情况，模拟可分为物理模拟和数学模拟，对一些物理场的研究主要采用物理模拟(物理模拟就是保持同一物理本质的模拟)，数学模拟也是一种研究物理场的方法，它是把不同本质的物理现象或过程，用同一个数学方程来描绘。
对一个稳定的物理场，若它的微分方程和边界条件一旦确定，其解是唯一的。
两个不同本质的物理场如果描述它们的微分方程和边界条件相同，则它们的解也是一一对应的，只要对其中一种易于测量的场进行测绘，并得到结果，那么与它对应的另一个物理场的结果也就知道了。
由于稳恒电流场易于实现测量，所以就用稳恒电流场来模拟与其具有相同数学形式的静电场。
我们还要明确，模拟法是在实验和测量难以直接进行，尤其是在理论难以计算时，采用的一种方法，它在工程设计中有着广泛的应用。
【实验目的】本实验用稳恒电流场分别模拟长同轴圆形电缆的静电场、平行导线形成的静电场、劈尖形电极和聚焦。
具体要求达到:1、学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场。
2、描绘出分布曲线及场量的分布特点。
3、加深对各物理场概念的理解。
4、初步学会用模拟法测量和研究二维静电场。
【实验仪器】GVZ 一3型导电微晶静电场描绘仪(包括导电微晶、双层固定支架、同步探针等)，如图所示，支架采用双层式结构，上层放记录纸，下层放导电微晶。
电极已直接制作在导电微晶上，并将电极引线接出到外接线柱上，电极间有电导率远小于电极且各项均匀的导电介质。
接通直流电源〔10v)就可进行实验。
在导电微晶和记录纸上方各有一探针，通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上，两探针始终保持在同一铅垂线上。
移动手柄座时，可保证两探针的运动轨迹是一样的。
由导电微晶上方的探针找到待测点后，按一下记录纸上方的探针，在记录纸上留下一个对应的标记。
![[精编]用模拟法测绘静电场实验报告](https://uimg.taocdn.com/8eb52c506d175f0e7cd184254b35eefdc8d31528.webp)
[精编]用模拟法测绘静电场实验报告!实验报告：用模拟法测绘静电场一、实验目的1.学习了解静电场的性质和特点。
2.掌握用模拟法测绘静电场的基本原理和方法。
3.学会使用电场强度计测量电场强度。
二、实验原理模拟法测绘静电场是利用等效原理，通过模拟静电场中的电势分布，间接地测量静电场中各点的电场强度。
本实验采用电容器模拟静电场，通过调节电容器上所加电压，使电容器两极板间的电场与所需测量的静电场具有相同的电势分布。
然后，通过测量电容器两极板间的电场强度，推算出所需测量的静电场的电场强度。
三、实验步骤1.搭建实验装置（1）准备一个平行板电容器，其金属极板尺寸为5cm x 5cm，两极板间距为2mm。
（2）将电容器与电源连接，并配备一个电压表以测量电源电压。
（3）在电容器两极板间放置一个微调电阻器，用于调节电场强度。
（4）配备一个电场强度计，用于测量电容器两极板间的电场强度。
2.模拟静电场（1）将电源电压调至所需测量的静电场的电势分布。
（2）调节微调电阻器，使得电容器两极板间的电场强度与所需测量的静电场的电场强度具有相同的分布。
3.测量电场强度（1）将电场强度计放置在电容器两极板间的中心位置，记录电场强度计的读数。
（2）改变微调电阻器，模拟不同的电势分布，并记录相应的电场强度计读数。
重复此步骤多次，以获得足够的数据点。
4.数据处理与分析（1）将实验数据输入计算机，绘制电场强度与电压（或电势）的关系图。
（2）根据实验数据，分析静电场的性质和特点。
四、实验结果（请在此处插入图表）五、实验总结1.通过本次实验，我们学习了静电场的性质和特点，了解了用模拟法测绘静电场的基本原理和方法。
2.通过实验，我们掌握了使用电场强度计测量电场强度的方法和技巧，并通过数据分析得出了静电场的分布特点。
3.本实验中需要注意控制实验条件，避免误差的引入，保证实验结果的准确性。
同时，对实验数据的处理和分析也是非常重要的环节，通过分析数据可以更深入地了解静电场的性质和特点。
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。
模拟法测绘静电场实验报告一、实验目的1、学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。
2、加深对静电场概念的理解，提高对电场分布的分析能力。
3、掌握静电场测试仪的使用方法。
二、实验原理静电场是由静止电荷产生的稳定电场，直接测量静电场的分布是很困难的。
但可以用模拟法来间接测绘静电场的分布。
模拟法的基本思想是：对于一个给定的静电场，若能用一个便于测量的电流场来模拟它，使得这两个场在各自的空间内具有相同的电位分布，那么就可以通过测量电流场的电位分布来得到静电场的电位分布。
在本实验中，采用稳恒电流场来模拟静电场。
由电磁学理论可知，对于无限长同轴圆柱形电缆，在静电场中，其电场强度的大小为：＼E ＝＼frac{＼lambda}｛2\pi ＼epsilon_{0} r}＼其中，＼（＼lambda\）为圆柱单位长度所带的电荷量，＼（＼epsilon_{0}＼）为真空介电常数，＼（r\）为到圆柱轴线的距离。
在稳恒电流场中，相应的电流密度为：＼J ＝＼frac{I}｛2\pi r h}＼其中，＼（I\）为圆柱上通过的电流，＼（h\）为圆柱的长度。
由于静电场和稳恒电流场的物理规律相似，所以它们的电位分布也相似。
三、实验仪器静电场测绘仪、直流稳压电源、电压表、坐标纸、导电纸、探针等。
四、实验步骤1、连接实验仪器将直流稳压电源的正负极分别与静电场测绘仪的相应电极连接，确保连接牢固，无松动现象。
2、放置导电纸在静电场测绘仪的上下电极之间平整地放置导电纸，导电纸应与电极良好接触。
3、选择测量点在导电纸上选取一定数量的测量点，一般采用对称分布的方式，以保证测量结果的准确性和完整性。
4、测量电位用探针接触测量点，读取电压表的示数，记录下每个测量点的电位值。
5、绘制等位线根据测量得到的电位值，在坐标纸上绘制出等位线。
等位线是指电位相等的点所连成的曲线。
6、绘制电场线根据等位线的分布，垂直于等位线绘制电场线，电场线的疏密程度反映电场强度的大小。
大学物理实验报告-319-模拟法测绘静电场-样例-V1模拟法测绘静电场
【实验目的】
1. 了解如何应用模拟法对于静电场的分布进行测绘。
2. 掌握根据电力计的测量结果来评价极化体的特性，并且绘制电场的粒子轨迹的能力。
【实验原理】
静电场是由若干带电粒子所引起的一种特殊现象，它包括分析和测量两个方面。
模拟
法测绘静电场是利用电力计，根据测量结果建立模型，再对模型进行数值积分可以得到极
化体的特性以及电场的粒子轨迹。
【实验步骤】
1．准备实验仪器和耗材：电力计，电荷板，电动机，磁力计，电磁铁，铁磁片，胶水，混合剂，电阻等实验仪器以及耗材。
2．对实验仪器进行检查，准备实验环境：首先调整实验仪器，使它们得到最佳操作；其次，准备适当的实验环境，包括温湿度计等。
3．测量静电场：基于电力计技术，使用电力计测量静电场，并且绘制电场变化曲线。
4．对模型进行数值积分：根据测量结果，建立模型，再对模型进行数值积分，从而
得到电场的粒子轨迹。
【实验结果】
实验表明，模拟法的测绘静电场的操作过程比较复杂，但是可以有效地评价极化体的
特性，并且可以绘制出电场的粒子轨迹。
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。
实验八 模拟法测绘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、不便测量的状态和过程，要求这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，且满足相似的数学形式及边界条件。
一般情况，模拟可分为物理模拟和数学模拟，对一些物理场的研究主要采用物理模拟(物理模拟就是保持同一物理本质的模拟)，数学模拟也是一种研究物理场的方法，它是把不同本质的物理现象或过程，用同一个数学方程来描绘。
对一个稳定的物理场，若它的微分方程和边界条件一旦确定，其解是唯一的。
两个不同本质的物理场如果描述它们的微分方程和边界条件相同，则它们的解也是一一对应的，只要对其中一种易于测量的场进行测绘，并得到结果，那么与它对应的另一个物理场的结果也就知道了。
由于稳恒电流场易于实现测量，所以就用稳恒电流场来模拟与其具有相同数学形式的静电场。
我们还要明确，模拟法是在实验和测量难以直接进行，尤其是在理论难以计算时，采用的一种方法，它在工程设计中有着广泛的应用。
【实验目的】本实验用稳恒电流场分别模拟长同轴圆形电缆的静电场、平行导线形成的静电场、劈尖形电极和聚焦。
具体要求达到:1、学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场。
2、描绘出分布曲线及场量的分布特点。
3、加深对各物理场概念的理解。
4、初步学会用模拟法测量和研究二维静电场。
【实验仪器】GVZ 一3型导电微晶静电场描绘仪(包括导电微晶、双层固定支架、同步探针等)，如图所示，支架采用双层式结构，上层放记录纸，下层放导电微晶。
电极已直接制作在导电微晶上，并将电极引线接出到外接线柱上，电极间有电导率远小于电极且各项均匀的导电介质。
接通直流电源〔10v)就可进行实验。
在导电微晶和记录纸上方各有一探针，通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上，两探针始终保持在同一铅垂线上。
移动手柄座时，可保证两探针的运动轨迹是一样的。
由导电微晶上方的探针找到待测点后，按一下记录纸上方的探针，在记录纸上留下一个对应的标记。
移动同步探针在导电微晶上找出若干电位相同的点，由此便可描绘出等位线。
【实验原理】(一)模拟长同轴圆柱形电缆的静电场稳恒电流场与静电场是两种不同性质的场，但是它们两者在一定条件下具有相似的空间分布，即两种场遵守规律在形式上相似，都可以引入电位U,电场强度U E -∇=，都遵守高斯定律。
对于静电场，电场强度在无源区域内满足以下积分关系：图1导电微晶静电场描绘仪⎰=⋅sS d E 0⎰=⋅cl d E 0对于稳恒电流场，电流密度矢量j在无源区域内也满足类似的积分关系：⎰=⋅sS d j 0 ⎰=⋅cl d j 0由此可见E和j 在各自区域中满足同样的数学规律。
在相同边界条件下，具有相同的解析解。
因此，我们可以用稳恒电流场来模拟静电场。
在模拟的条件上，要保证电极形状一定，电极电位不变，空间介质均匀，在任何一个考查点，均应有U 静电=U稳恒或 E 静电=E 稳恒。
下面通过具体实验来讨论这种等效性。
1、同轴电缆及其静电场分布：如图1(a)所示，在真空中有一半径为r a 的长圆柱形导体A 和一内半径为r b 的长圆筒形导体B ，它们同轴放置，分别带等量异号电荷。
由高斯定理知，在垂直于轴线的任一载面s 内，都有均匀分布的辐射状电场线，这是一个与坐标Z 轴无关的二维场。
在二维场中，电场强度E 平行于xy 平面，其等位面为一簇同轴圆柱面。
因此只要研究S 面上的电场分布即可。
图1同轴电缆及其静电场分布由静电场中的高斯定理可知，距轴线的距离为r 处(见图1b)的各点电场强度为0E =2rλπε （1）式中λ为柱面每单位长度的电荷量，半径为r 的任一点与外圆柱面间的电位差为：b r b r rr U E d r ln2rλπε==⎰（2）两柱面间电位差为b ar b 0r 0ar U E dr ln2r λπε==⎰（3）代入上式，得br 0b a r lnr U U r ln r = （4） 0r r b aU dU 1E r drr ln r =-=（5） 2、同柱圆柱面电极间的电流分布若上述圆柱形导体A 与圆筒形导体B 之间充满了电导率为σ的不良导体，A 、B 与电源正负极相连接(见图2)，A, B 间将形成径向电流，建立稳恒电流场/r E ，可以证明不良导体中的电场强度/rE 与原真空中的静电场E r 是相等的。
取厚度为t 的圆轴形同轴不良导体片为研究对象，设材料电阻率为ρ (1ρσ=)，则任意半径r 到r+dr 的圆周间的电阻是：dr dr drdR s 2rt 2t rρρρππ=== （6）则半径为r 到r b 之间的圆柱片的电阻为： bbr b rr r r dr R ln 2t r 2t rρρππ==⎰ （7）图2同轴电缆的模拟模型总电阻为（半径r a 到b r 之间圆柱片的电阻）b a b ar b r r r ar dr R ln2tr2tr ρρππ==⎰ （8）因两圆柱面间所加电压为0U ，则径向电流为a b00br r aU 2tU I r R lnr πρ==（9） 半径r 处到外柱面的电位差为：bb/r rr b ar ln r U =lR =Ur lnr （10） 则/rE 为： 0//r rbn aU dU 1E r drr l r =-=（11） 由以上分析可见，r U 与/r U ，r E 与/r E 的分布函数完全相同。
为什么这两种场的分布相同呢?我们可以从电荷产生场的观点加以分析。
在导电介质中没有电流通过的，其中任一体积元(宏观小，微观大，其内仍包含大量原子)内正负电荷数量相等，没有净电荷，呈电中性。
当有电流通过时，单位时间内流入和流出该体积元内的正或负电荷数量相等，净电荷为零，仍然呈电中性。
因而，整个导电介质内有电流通过时也不存在净电荷。
这就是说，真空中的静电场和有稳恒电流通过时导电介质中的场都是由电极上的电荷产生的。
事实上，真空中电极上的电荷是不移动的，在有电流通过的导电介质中，电极上的电荷一边流失，一边由电源补充，在动态平衡下保持电荷的数量不变。
所以这两种情况下电场分布是相同的。
【实验内容】1、描绘同轴电缆的静电场分布：利用图2(b)所示模拟模型,将导电微晶上内外两电极分别与直流稳压电源的正负极相连接，电压表正极与同步探针正极相连接，移动同步探针测绘同轴电缆的等位线簇。
要求相邻两等位线间的电位差为1伏，对称的画出八条电力线，每条等位线上至少对称的打十二个点， 以每条等位线上各点到原点的平均距离r 为半径画出等位线的同心圆簇。
然后根据电场线与等位线正交原理，再画出电场线，并指出电场强度方向，得到一张完整的电场分布图。
并将测量值与电场分布理论值比较，做出误差分析。
2 、描绘一对长直平行导线形成的静电场分布 ：图3长直平行导线型电极3、描绘一个劈尖电极和一个条形电极形成的静电场分布：在该实验中，将电源电压调到10v，将记录纸铺在上层平板上，从1V开始，平移同步探针，用导电微晶上方的探针找到等位点后，按一下记录纸上方的探针，测出一系列等位点，共测9条等位线，要每条等势线上找12个对称的点，在电极端点附近应多找几个等位点。
画出等位线，再作出电场线，做电场线时要注意：电场线与等位线正交，导体表面是等位面，电场线垂直于导体表面，电场线发自正电荷而中止于负电荷、疏密要表示出场强的大小，根据电极正、负画出电场方向。
4、描绘聚焦电极的电场分布利用图5所示模拟模型，测绘阴极射线示波管内聚焦电极间的电场分布。
要求测出7一9条等位线，相邻等位线间的电位差为1伏。
该场为非均匀电场，等位线是一簇互不相交的曲线，每条等位线的测量点应取得密一些。
画出电力线，可了解静电透镜聚焦场的分布特点和作用，加深对阴极射线示波管电聚焦原理的理解。
图5静电透镜聚焦场的模拟模型【注意事项】1、模拟方法的使用有一定的条件和范围，不能随意推广，否则将会得到荒廖的结论。
用稳恒电流场模拟静电场的条件可以归纳为下列三点:(1) 稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中的带电体几何形状相同。
(2) 稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足。
σ电极 σ导电介质才能保证电流场中的电极(良导体)的表面也近似是一个等位面。
(3) 模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。
2、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。
考虑到E是矢量，而电位U 是标量，从实验测量来讲，测定电位比测定场强容易实现，所以可先测绘等位线，然后根据电场线与等位线正交的原理，画出电场线。
这样就可由等位线的间距确定电场线的疏密和指向，将抽象的电场形象的反映出来。
由于导电微晶边缘处电流只能沿边缘流动，因此等位线必然与边缘垂直，使该处的等位线和电力线严重畸变，这就是用有限大的模拟模型去模拟无限大的空间电场时必然会受到的“边缘效应”的影响。
如要减小这利影响，则要使用“无限大”的导电微晶进行实验，或者人为地将导电微晶的边缘切割成电力线的形状。
【预习思考题】1、用电流场模拟静电场的理论依据是什么?2、用电流场模拟静电场的条件是什么?3、等位线与电力线之间有何关系?4、如果电源电压增加一倍，等位线和电力线的形状是否发生变化?电场强度和电位分布是否发生变化?为什么?【思考题】1、根据测绘所得等位线和电力线的分布，分析哪些地方场强较强，哪些地方场强较弱?2、从实验结果能否说明电极的电导率远大干导电介质的电导率?如不满足这条件会出现什么现象?3、在描绘同轴电缆的等位线簇时，如何正确确定圆形等位线簇的圆心，如何正确描绘圆形等位线?4、由导电微晶与记录纸的同步测量记录，能否模拟出点电荷激发的电场或同心圆球壳型带电体激发的电场?为什么?5、能否用稳恒电流场模拟稳定的温度场?为什么?。
