用电流场模拟静电场

静电场的模拟实验（FB407型静电场描绘仪）(四种电极）实验讲义精科科仪器用稳恒电流场模拟静电场在工程技术上，常常需要知道电极系统的电场分布情况，以便研究电子或带电质点在该电场中的运动规律。

例如，为了研究电子束在示波管中的聚焦和偏转，这就需要知道示波管中电极电场的分布情况。

在电子管中，需要研究引入新的电极后对电子运动的影响，也要知道电场的分布。

一般说来，为了求出电场的分布，可以用解析法和模拟实验法。

但只有在少数几种简单情况下，电场分布才能用解析法求得。

对于一般的或较复杂的电极系统通常都用模拟实验法加以测定。

模拟实验的缺点是精度不高，但对于一般工程设计来说，已完全能满足要求。

【实验目的】1、懂得模拟实验法的适用条件。

2、学会用稳恒电流场(水槽法)，测定给定的电极模型等位线的分布，再根据电力线与等位线正交的原理，绘制出法模型代表的静电场的电场分布曲线。

3、对具有解析表达式的同轴电缆模型，将实验值与理论计算值进行比较，求出实验测量结果的相对误差。

【实验原理】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。

当我们得到了电位U 值的分布，由公式（1）： U E -∇= (1) 便可以求出E 的大小和方向，整个电场也就确定了。

但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，而静电场是不存在电流的。

再则任何磁电式电表的阻都远小于空气或真空的电阻，如果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”。

模拟法要求两个类比的物理现象遵从的物理规律具有相同的数学表达式。

用电流场模拟静电场实验报告一、实验目的1、学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。

2、加深对电场强度和电势概念的理解。

二、实验原理1、静电场与稳恒电流场的相似性静电场是由静止电荷产生的，其电场强度 E 与电势 V 满足一定的关系。

而稳恒电流场是由稳恒电流形成的，在一定条件下，这两种场的分布具有相似性。

在无源区域，静电场的高斯定理和环路定理分别为：∇·E ＝ 0∇×E ＝ 0对于稳恒电流场，相应的规律为：∇·J ＝ 0∇×J ＝ 0其中 E 为静电场强度，J 为电流密度。

2、模拟条件为了能用稳恒电流场模拟静电场，需要满足以下条件：（1）两种场都遵从高斯定理和环路定理。

（2）两种场的边界条件相同。

3、模拟方法用电流场模拟静电场时，通常采用导电介质中的稳恒电流场来模拟。

通过在导电介质中设置电极，施加一定的电压，形成电流场。

然后测量电流场中各点的电势分布，从而得到与静电场相似的电势分布。

三、实验仪器1、静电场描绘仪2、电源3、电压表4、探针5、坐标纸四、实验步骤1、连接电路将静电场描绘仪、电源和电压表正确连接，确保电路畅通。

2、放置电极在静电场描绘仪的导电板上，按照实验要求放置电极。

例如，模拟平行板电容器的静电场时，放置两块平行的电极板。

3、测量电势将探针与电压表相连，在导电板上移动探针，测量不同位置的电势值，并记录在坐标纸上。

4、绘制等势线根据测量得到的电势值，在坐标纸上绘制出等势线。

5、重复测量为了提高实验的准确性，重复进行测量，并对数据进行处理和分析。

五、实验数据及处理1、记录测量得到的电势数据将在不同位置测量得到的电势值，按照坐标位置进行记录。

2、绘制等势线根据记录的数据，在坐标纸上以相同电势值的点连线，绘制出等势线。

3、分析误差对实验中可能产生的误差进行分析，如测量误差、电极位置偏差等。

六、实验结果分析1、比较模拟的等势线与理论预期的静电场等势线观察绘制出的等势线形状和分布，与理论上静电场的等势线进行比较，分析两者的相似性和差异。

实验2.10 用稳恒电流场模拟静电场[实验目的]1、掌握模拟法描绘静电场的原理和方法。

2、加强对电场强度和电势概念的理解。

[实验仪器]双层式结构静电场描绘仪、静电场描绘电源、模拟电极。

[实验原理]一、模拟的原因在科学研究和生产实际中，需要研究电子器件和设备中电极周围或介质中的电场分布。

由于这些电极形状或者介质分布又是比较复杂的，用理论的方法进行计算很困难，只能靠数值解法求出或用实验方法测出其电场分布。

由于与测量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，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。

如果直接测量，也会因探极引入改变原电场的分布，即使探测出来也不是原电场分布。

另外因为静电场中没有运动电荷，也就没有电流，不能使磁电式电表发生偏转，故不能直接用电压表法去测量静电场的电势分布。

因此，实际测量中采用间接的测量方法（即模拟法）来测出静电场的分布。

二、模拟原理静止电荷在其周围空间激发的电场称为静电场，对静电场分布的描述可以用电场强度矢量E和电势U 来描述，也可以形象地用电场线和等势线（等势面）来描述。

由于电场线与等势线（等势面）存在永远正交的关系，只要能够设法描绘出电场中的等势线（等势面）分布，就可以方便的描绘出电场的电场线分布图。

再则标量在计算和测量方面比矢量要简单得多，所以一般都采用从对电势描绘到对电场强度矢量的描绘。

所谓模拟法就是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程去代替另一种不易实现、不便测量的状态或过程。

为了克服直接测量静电场的困难，将带电体放到电介质里，维持带电体之间的电势差（电压）不变，介质里便会有恒定不变的电流，这样就可以直接用电压表测量介质中各点的电势值（相对于另一电极的电压），再根据电势变化的最大方向计算出电场强度。

理论和实践证明，导电介质中恒定电流建立的电场（稳恒电流场）与静电场的规律完全相似，故用电流场去模拟静电场。

阜阳师范学院大学物理实验报告
所以只要模拟与轴线垂直的横截面即可。

2.恒定电流场模拟静电场的实验条件是什么？
实验条件首先要求不良导体在两极间区域内其电导率是常数，并保持其厚度不变，其次要量电势的仪表中无电流通过。

讨论：为什么不良导体内的电场分布与真空中的静电场分布相同？
因为在不良导体内没有电流通过时，单位时间流出体积元的电荷被流入的同号电荷所替代，体积元内成电中性。

换言之，真空中的静电场是由电极上的电荷产生的，而有恒定电流通过的不良导体中，电场也是由电极上是电荷产生的。

不同的是静电场中电极上的电荷静止不动，而恒定电流场中的电荷达到动态平横，呈点中性。

因此哦，两种状况下的电场分布是相同的。

注：
1、所有电子版实验报告必须使用统一摸版，内容按
统一规定编辑。

否则不与受理。

2、学院、班、姓名等用宋体（正文）五号，不要
加粗。

3、实验名称用宋体（正文）四号，不要加粗。

4、其余项目统一用宋体（正文）五号，不要加粗。

5、报告内容中出现英文字母或英文单词统一用
Times New Romar五号，不要加粗。

6、报告内容公式统一用Word公式编辑器编写。

公式3.0）。

用恒定电流场模拟静电场实验报告示例文章篇一：《用恒定电流场模拟静电场实验报告》嘿，亲爱的小伙伴们！今天我要给你们讲讲我做的那个超级有趣的用恒定电流场模拟静电场的实验！实验前，老师就跟我们说这个实验可神奇啦，能让我们看到平时看不到的电场“模样”。

我心里那个好奇呀，就像有只小猫在挠痒痒，迫不及待地想开始。

我们先准备了一堆东西，什么导电纸、电极、电源、电压表等等。

看着这些家伙什儿，我心里直犯嘀咕：“它们真能帮我们模拟出静电场？”实验开始啦！我和小组的小伙伴们眼睛都瞪得大大的。

我们把导电纸铺平，就像给小电场准备了一张舒适的大床。

然后把电极小心翼翼地放上去，那模样，简直比照顾小宝宝还小心。

我看着小伙伴操作，着急地说：“轻点儿，轻点儿，别把电极弄歪啦！”小伙伴白了我一眼：“知道啦，你别在旁边瞎嚷嚷！”电源接通的那一刻，我感觉自己的心都跟着“砰砰”跳起来。

电压表的指针开始摆动，就像一个小精灵在跳舞。

我们赶紧记录下数据，那认真劲儿，仿佛我们是大科学家在做超级重要的研究。

测量的时候可费劲啦！一会儿这个数据不太对，一会儿那个位置又偏了。

我忍不住抱怨：“哎呀，这也太难搞了吧！”另一个小伙伴鼓励我说：“别灰心，咱们再仔细点儿！”经过好一番折腾，数据终于收集得差不多了。

我们看着那些密密麻麻的数字，脑袋都有点大了。

“这可怎么分析呀？”我愁眉苦脸地说。

不过，办法总比困难多！我们一起讨论，一起计算，慢慢地好像摸到了一些门道。

就好像在黑暗中走了好久，终于看到了一丝亮光。

你说这静电场看不见摸不着的，我们居然能用恒定电流场来模拟它，这难道不神奇吗？这就好比我们看不到风，但能通过飘动的树叶感受到风的存在一样。

最后得出的结论就是，通过这个实验，我们成功地用恒定电流场模拟出了静电场，让那些原本抽象的东西变得具体起来。

这让我深深感受到，科学的世界真是充满了奇妙和惊喜，只要我们敢于探索，就能发现更多的奥秘！怎么样，小伙伴们，你们是不是也觉得这个实验很有趣呢？示例文章篇二：《用恒定电流场模拟静电场实验报告》嘿！同学们，今天我要跟你们分享一个超级有趣的实验——用恒定电流场模拟静电场！在开始之前，我满怀着好奇和期待，心里一直在想：这到底能不能成功呢？老师把我们分成了几个小组，我和我的小伙伴们都摩拳擦掌，准备大干一场。

实验 用电流场模拟静电场专业___________________ 学号___________________ 姓名___________________一、预习要点1.了解静电场的和电场线的基本特点，电位线与电场线的关系；2.了解模拟法测绘静电场的原理与方法；3.在模拟静电场时，对模拟电极和模拟介质各有什么要求；4.做此实验要自备画图白纸或坐标纸；5.在课前写好预习报告，上课时务必将预习报告和原始数据表格一并带来，否则扣分。

二、实验内容、步骤及注意事项(1)用GVZ-3型静电场描绘实验仪模拟静电场。

由电磁学理论可知，场强E 在数值上等于电势梯度，方向指向电势降落方向。

考虑到E 是矢量，而电势U 是标量，从实验测量来讲，测定电势比测定场强容易实现，所以可先测绘等势面（线），然后根据电场线与等势面（线）正交的原理，画出电场线，这样就可由等势面（线）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。

(2)描绘带电长直同轴圆柱面的等势面及电场线(1) 按要求连接好电路，检查无误后接通电源；(2) 将坐标纸固定在静电场描迹仪上层载纸扳并用磁条压好，探针的下针放入电极内，上针放在坐标纸上准备打孔；（实验前，先用压纸磁条固定好所用白字或坐标纸，然后用同步探针定好电极位置，并用铅笔描绘出电极形式）(3) 将电源输出电压调整为10.00V ，再将输出与测量开关转到测量端；(4) 将探针的下针对准内电极中心，上针在坐标纸上打孔；确定中心点电压a U 的数值；(5) 以该点为中心等角度地做八条辐射线，用探针和记录针沿着上下左右四个方向打孔分别测量a r 和b r 的数值；(6) 以该点为中心等角度地做八条辐射线，用探针沿着八条辐射线从里向外移动找到各种不同数值的电势并打孔（例如6.00V 、4.50V 、3.00V 、1.50V 的点）；(7) 取下坐标纸，用直尺测出a r 和b r 的值及各等势点的半径记入表1和表2中；(8) 在作业中描画出带电长直同轴圆柱面的等势线，根据等势线与电场线相互正交的特点，在等势线图上添置电场线，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。

实验2.10 用稳恒电流场模拟静电场[实验目的]1、掌握模拟法描绘静电场的原理和方法。

2、加强对电场强度和电势概念的理解。

[实验仪器]双层式结构静电场描绘仪、静电场描绘电源、模拟电极。

[实验原理]一、模拟的原因在科学研究和生产实际中，需要研究电子器件和设备中电极周围或介质中的电场分布。

由于这些电极形状或者介质分布又是比较复杂的，用理论的方法进行计算很困难，只能靠数值解法求出或用实验方法测出其电场分布。

由于与测量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，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。

如果直接测量，也会因探极引入改变原电场的分布，即使探测出来也不是原电场分布。

另外因为静电场中没有运动电荷，也就没有电流，不能使磁电式电表发生偏转，故不能直接用电压表法去测量静电场的电势分布。

因此，实际测量中采用间接的测量方法（即模拟法）来测出静电场的分布。

二、模拟原理静止电荷在其周围空间激发的电场称为静电场，对静电场分布的描述可以用电场强度矢量E和电势U 来描述，也可以形象地用电场线和等势线（等势面）来描述。

由于电场线与等势线（等势面）存在永远正交的关系，只要能够设法描绘出电场中的等势线（等势面）分布，就可以方便的描绘出电场的电场线分布图。

再则标量在计算和测量方面比矢量要简单得多，所以一般都采用从对电势描绘到对电场强度矢量的描绘。

所谓模拟法就是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程去代替另一种不易实现、不便测量的状态或过程。

为了克服直接测量静电场的困难，将带电体放到电介质里，维持带电体之间的电势差（电压）不变，介质里便会有恒定不变的电流，这样就可以直接用电压表测量介质中各点的电势值（相对于另一电极的电压），再根据电势变化的最大方向计算出电场强度。

理论和实践证明，导电介质中恒定电流建立的电场（稳恒电流场）与静电场的规律完全相似，故用电流场去模拟静电场。

电流场模拟静电场实验原理的简捷证明
静电场实验的原理是在电静场中，电荷的增加或减少会产生电场。

当电场中存在电荷时，其会影响附近点的电势，从而产生电势差。

因此静电场实验是通过测量电场中不同点
的电势差来研究电势分布的。

为了简介证明电流场模拟静电场实验原理，可以使用毕奥-萨伐尔定律和电势公式。

毕奥-萨伐尔定律描述了感应电场的产生，即一个电流元素会在其周围产生一个旋转
的磁场，这个磁场会产生电势差和电场，从而影响附近电荷的运动。

电势公式则描述了一个电荷在电场中受到的电势能，即电荷在电场中的势能大小等于
电荷和电场之间的电势差乘以电荷大小。

结合这两个公式，可以推导出静电场实验中的电势分布。

具体可以假设一个均匀分布
的电荷球，其中心放置一个电荷点。

假设电荷球的电势为V0，电荷球的半径为r0，电荷
点与电荷球的距离为r。

那么根据电势公式，电荷点的电势为：
V1 = V0 * (r0 / r)
因此可以得到一个重要结论，即电荷的电势与距离平方成反比例关系。

当距离越远时，电势差越小，电场强度也越小，显而易见与静电场实验原理相吻合。

通过上述简捷证明，可以看出电流场模拟静电场实验也具有一定的物理原理基础。

认
真探究电场中电势差与距离的关系，可以对静电场实验有更深刻的理解，更好的进行实验
设计和数据分析。

电流场模拟静电场实验原理的简捷证明静电场是指在没有电荷漂移的情况下，电荷之间的相互作用所形成的场。

在静电场中，电荷之间的相互作用通过电场强度来描述，电场强度是指单位正电荷所受的力。

在实验中，可以通过模拟电流场来验证静电场的原理，下面将介绍一种简洁的证明方法。

实验设备及准备材料：1. 一个带有电荷的绝缘导体球；2. 一台高灵敏度的电荷计；3. 一个带有刻度的金属棒；4. 一个带有支架的绝缘台；5. 一些绝缘电荷；6. 一些分析用的电场仪器；7. 一台数字示波器；8. 一些电容器。

实验步骤：1. 将绝缘导体球放在带有支架的绝缘台上，用电荷计测量导体球上的电荷量，记录下来；2. 用金属棒带电将导体球接地，然后再用电荷计测量导体球上的电荷量，记录下来；3. 将导体球的电荷量与金属棒带电后对其产生的电荷量进行比较，验证电荷的传导；4. 用一些绝缘电荷在导体球附近生成电场，然后使用电场仪器来检测电场强度；5. 将电容器连接到数字示波器上，观察数字示波器上的波形变化，分析电场的性质；6. 在导体球附近放置一些带电物体，观察其受到的作用力情况，验证静电场的原理。

实验原理：1. 通过测量绝缘导体球上的电荷量，可以验证电荷的传导原理。

当导体球带有一定电荷量时，用金属棒带电接地后，导体球上的电荷量将会减少，这是因为金属棒上的电荷会传导到导体球上，使其带电量减少。

通过测量前后的电荷量的变化，可以验证电荷的传导原理。

2. 通过测量电场强度，可以验证静电场的存在。

当在导体球周围放置一些带有绝缘电荷的物体时，会在导体球周围形成一个电场，在实验中可以使用电场仪器来检测电场的强度。

电场强度描述了单位正电荷所受到的力，通过测量电场强度，可以验证静电场的存在。

3. 通过观察数字示波器上的波形变化，可以分析电场的性质。

当连接电场仪器和数字示波器后，会观察到数字示波器上的波形发生变化，这是因为电场的存在导致了电荷的运动，从而产生了信号。

用电流场模拟静电场实验报告一、实验目的1、学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。

2、加深对电场强度和电势概念的理解。

3、描绘出给定电极的静电场分布。

二、实验原理静电场是由静止电荷所激发的，一般情况下，带电体的电荷量及分布比较复杂，直接测量静电场的分布比较困难。

但静电场和稳恒电流场都遵守高斯定理和环路定理，对于静电场，电场强度的环流为零；对于稳恒电流场，电流密度的环流也为零。

因此，这两种场在一定条件下具有相似的空间分布，只要保证电流场中的电极形状与静电场中的带电体形状相同，边界条件相同，并且电流场中的导电介质是均匀的，电流场的分布就与静电场的分布相似。

所以，可以用稳恒电流场来模拟静电场进行测量。

三、实验仪器静电场描绘仪、直流稳压电源、电压表、坐标纸、金属电极（同轴圆柱形电极、平行板电极、聚焦电极）、连接导线等。

四、实验内容1、连接电路将直流稳压电源的输出端与静电场描绘仪的输入端相连，注意正负极的连接。

2、选择电极本次实验分别选用了同轴圆柱形电极、平行板电极和聚焦电极进行测量。

3、测量电势在电极间放入坐标纸，用探针在坐标纸上选取若干等间距的点，测量这些点的电势值，并记录下来。

4、数据处理根据测量得到的数据，在坐标纸上描绘出等势线，然后根据等势线描绘出电场线，从而得到静电场的分布情况。

五、实验步骤1、熟悉静电场描绘仪的使用方法，了解各个旋钮和开关的功能。

2、按照实验电路图连接好电路，检查电路连接是否正确，确保无误后打开直流稳压电源。

3、选择同轴圆柱形电极进行实验。

先在电极间铺上坐标纸，将探针与电压表相连，移动探针，在坐标纸上选取一系列等间距的点，测量这些点的电势值。

测量时，探针应与坐标纸垂直，且与电极表面保持良好接触。

4、记录测量得到的数据，包括每个点的坐标和对应的电势值。

5、更换平行板电极，重复步骤 3 和 4，测量平行板电极间的电势分布。

6、再更换聚焦电极，再次重复步骤 3 和 4，测量聚焦电极的电势分布。

用电流场模拟静电场一、实验目的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。

二、实验原理1．用稳恒电流场模拟静电场静电场是真空中静止的电荷产生的电场，静电场用空间各点的电场强度E 和电位V 来描述。

使用等位面和电场线的概念可以使电场的描述形象化。

直接测量静电场是很困难的，而稳恒电流场与静电场在是本质上不同的，但在一定条件下导电介质中稳恒电流场与静电场的描述具有类似的数学方程，因而可以用稳恒电流场来模拟静电场。

对静电场，在无源区域内有：⎰=•sdS E 0，⎰=•ldl E 0对稳恒电流场，在无源区域内有：⎰=•sdS j 0，⎰=•ldL j 02．同轴电缆的电场分布及同轴圆柱面电极间的电流分布.在真空中有一个半径为r 1=a 的长圆柱体A （A 是导体）和一个半径为 r 2 =b 的长圆筒导体B ，它们中心轴重合，带等量异号电荷，则在两个电场间产生静电场。

由静电场知识可得距轴r 处的电位为abr bU U r lnln=,,则r a b U E 1ln 0⋅=由稳恒电流知识可得abr bU U r lnln0=' r a b U E r 1ln 0⋅='三、实验仪器GVZ-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）四、实验内容1. 连接电路,将电压校正为10.00V .2. 从1V 开始,平移探针，由导电线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，用相同方法分别描绘出四种不同形状电极的等位线图（7~8条）。

3. 描绘同同轴电缆的静电场分布。

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。

现出电场线，指出电场强度方向，得到电场分布图。

4. 描绘同其它三种不同形状电极的静电场分布。

五、注意事项1． 测量过程中要保持两电极间的电压不变。

实验名称用恒定电流场模拟静电场一、前言静电场是由电荷分布决定的。

给定区域内的电荷分布和介质分布及边界条件，可根据麦克斯韦方程组和边界条件来求解电场分布。

但大多数情况下求不出解析解，因此，要靠数值解法求出或实验方法测出电场分布。

直接测量静电场很困难，因为仪表（或其探测头）放入静电场中会使被测电场发生一定变化。

如果用静电式仪表测量，由于场中无电流流过，不起作用。

实验中采用恒定电流场来模拟静电场，即通过测绘点定电流场的分布来测绘对应的静电场分布。

二、教学目标1、学会用模拟法描绘和研究静电场的分布状况。

2、测绘柱形电极和平行板电极间的电场分布。

3、掌握了解模拟法应用的条件和方法。

4、加深对电场强度及电势等基本概念的理解。

三、教学重点1、用模拟法描绘静电场的原理。

2、模拟法应用的条件和方法。

四、教学难点1、正确选择等势点，掌握打点的方法。

2、学会用半对数坐标纸作图。

五、实验原理电场强度和电势是表征电场特征的两个基本物理量，为了形象地表示静电场，常采用电场线和等势面来描绘静电场。

电场线与等势面处处正交，因此有了等势面的图形就可大致画出电场线的分布图，反之亦然。

当我们要测出某个带电体的静电场分布时，由于其形状一般来说比较复杂，用理论计算其电场分布非常困难。

同时仪表（或其探测头）放入静电场，总要使被测场原有分布状态发生畸变，不可能用实验手段直接测绘真实的静电场。

为了克服上述困难，本实验采用数学模拟法，仿造一个与待测静电场分布完全一样的电流场（称为模拟场），使它的分布和静电场的分布完全一样，当用探针去探测模拟场时，它不受干扰，因此可以间接测出被模拟的静电场。

一般情况下，要进行数学模拟，模拟者和被模拟者在数学形式上要有相同的方程，在相同的初始条件和边界条件下，方程的特解相同，这样才可以进行模拟。

由电磁学理论可知，电解质（或水）中稳恒电流的电流场与电介质（或真空）中的静电场具有相似性，都是有源场和保守场，都可以引入电势U ，两个场的电势都是拉普拉斯方程。

实验二十 用稳恒电流场模拟静电场在工程技术上，常常需要知道电极系统的电场分布情况，以便研究电子或带电质点在该电场中的运动规律。

例如，为了研究电子束在示波管中的聚焦和偏转，这就需要知道示波管中电极电场的分布情况。

在电子管中，需要研究引入新的电极后对电子运动的影响，也要知道电场的分布。

一般来说，为了求出电场的分布，可以用解析法和模拟实验法。

但只有在少数几种简单情况下，电场分布才能用解析法求得。

对于一般的或较复杂的电极系统通常都用模拟实验法加以测定。

模拟实验法的缺点是精度不高，但对于一般工程设计来说，已能满足要求。

一 实验目的（1）了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。

二 实验原理电场强度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：-=E ▽U (1)便可求出E 的大小和方向，整个电场就算确定了。

但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”。

模拟法要求两个类比的物理现象遵从的物理规律具有相同的数学表达式。

从电磁学理论知道，电解质中的稳恒电流场与介质（或真空）中的静电场之间就具有这种相似性。

因为对于导电媒质中的稳恒电流场，电荷在导电媒质内的分布与时间无关，其电荷守恒定律的积分形式为⎪⎩⎪⎨⎧=⋅=⋅⎰⎰⎰0d 0d sLs j L j (在电源以外区域)而对于电介质内的静电场，在无源区域内，下列方程式同时成立。

用稳恒电流模拟静电场实验报告一、实验目的1、学习用稳恒电流场模拟静电场的原理和方法。

2、加深对静电场概念和电场线、等势线分布规律的理解。

3、掌握测绘电场分布的实验技能。

二、实验原理静电场是由静止电荷产生的，其电场强度和电势分布取决于电荷的分布情况。

但直接测量静电场存在困难，因为测量仪表的介入会导致原电场分布发生变化。

而稳恒电流场与静电场在一定条件下具有相似的性质，可以用稳恒电流场来模拟静电场进行测量。

对于导电介质中的稳恒电流场，电流密度矢量 J 与电场强度矢量 E之间满足欧姆定律的微分形式：J ＝σE，其中σ 为介质的电导率。

在均匀导电介质中，电导率σ 为常数，所以电场强度 E 与电流密度 J 成正比。

又因为电流线与电场线的分布相似，等势面与电流线处处正交，所以可以通过测量稳恒电流场的分布来模拟静电场的分布。

本次实验采用同轴圆柱面电极间的电场作为模拟对象。

设同轴圆柱面电极的半径分别为 r₁和 r₂（r₁＜ r₂），电极间加电压 U，根据高斯定理可求得圆柱面间的电场强度为：E ＝ U ／（r₂ r₁) ln(r₂／ r₁)其电势分布为：V ＝ U ln(r ／ r₁) ／ ln(r₂／ r₁)在模拟实验中，用稳恒电流场模拟上述静电场，只要保证电极形状和相对位置与静电场中的相同，并且电导率分布均匀，就可以用稳恒电流场中的电势分布来模拟静电场中的电势分布。

三、实验仪器1、静电场描绘实验仪。

2、探针。

3、数字电压表。

四、实验步骤1、连接实验仪器将静电场描绘实验仪的电源接通，调节输出电压至合适值。

将数字电压表与实验仪的测量端连接好。

2、选择测量点在坐标纸上确定测量点的位置。

对于同轴圆柱面电极，选择一系列与电极轴线垂直的平面上的点进行测量。

3、测量电势将探针在选定的测量点上移动，使探针与电极表面接触良好，读取数字电压表的示数，即为该点的电势值。

4、记录数据将测量得到的电势值和对应的测量点坐标记录在表格中。

5、重复测量为了提高测量的准确性，在每个测量点上进行多次测量，取平均值作为最终的测量结果。

电流场模拟静电场实验报告篇一：静电场的模拟与描绘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）、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) D??ED?dS?0E?dl?0?bUab??E?dl??aj??EjdSEdlbUaba00E?dl4、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 E?2??0rA、B两电极间任一半径为r的柱面的电势为lnV?VAlnb ba（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VA）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。