静电场描绘

实验三 静电场描绘一、实验目的1．学习用模拟法研究静电场；2．描绘点电荷及圆柱形电容两种电场结构的等位线。

二、实验设备静电场描绘仪 静电场描绘电源 两种电极三、实验原理1．静电场与稳恒电流场带电体在它周围的空间产生电场，可以用电场强度E 或电势U 的空间分布来描述，讨论静电场的描绘是探索其电势U 的空间分布，因为电势是标量，在测量上要简便些．但是直接测量静电场中各点的电势是很困难的，这是因为静电场中不会有电流，不能用直流电表直接测量，除非用静电式仪表测量，但用静电式仪表测量就要用到金属制的探头，而伸入静电场中的金属探头将使静电场发生显著的变化.用稳恒电流场模拟静电场的实验设计，使静电场的实验研究比较容易进行．静电场和电流场本是不同的场，但是可以看到它们的相似性，例如它们都引入电势U ，而电场强度U E -∇=；它们都遵守高斯定理；对一静电场有⎰⎰=⋅)(0S ds E (闭合曲面S 内无电荷)对一稳恒电流场，则有⎰⎰=⋅)(0S ds j （闭合曲面S 内无电源）（a ） （b ）图3-1静电场与稳恒电流场的这种相似性给人们一个启示．如图3一l(a)由几个电势为U 1、U 2、U 3的带电体激发的静电场中p 点的电势为U 时；那么，将形状与带电体相同的良导体置于导电介质中的相同位置，加上直流电压，使它们的电势也是U 1、U 2、U 3[图3一l(b)]，则在导电介质中对应P 点位置的P ’点的电势U ’将和U 相同．反过来如果测量出稳恒电流场中P ’点的电势为U ’，则相应静电场中P 点的电势U 将和U ’相同．这表示通过测量稳恒电流场的电势分布可以了解相应静电场的电势分布，实验结果表示这样模拟是恰当的．2.两共轴无限长均匀带电圆柱体间的静电场 如图3-2，设内圆柱半径为r a ，势为U a ；外环内半径为r b，电势为U b ，则静电场中距离轴心为r 处的电势U r 可表示为：⎰-=rr a r a Edr U U (3—1) 又根据高斯定理，电荷均匀分布的无限长圆柱体的场强大小为 rc E = （当b a r r r <<时） （3—2） 式中C 由圆柱体上线电荷密度决定。

实验原理及仪器
四、静电场的测绘方法
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，然后根据电力线与等位 线正交的原理，画出电力线。这样就可由等位线的间距确定电力 线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反映出来。
1.测量过程中要保持两电极间的电压不变； 2.实验时上下探针应保持在同一铅垂线上，否则会使图形失真； 3.记录纸应保持平整，测量时不能移动。
引言
当今，随着科学技术的高度发展，数学在各种科技领域中得到广泛 运用，特别是电子计算机等先进技术的作用和推广，模拟法的应用范 围也越来越宽阔，成为提出新的科学设想，探索未知世界不可缺少的 或主要的研究方法之一。如人脑模拟、战术模拟训练、工程模拟以及 模拟式经济管理等。教育教学中常用模拟教学、模拟训练、模拟游戏 等方式进行控制条件下的综合性研究。

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实验内容
实验步骤： （1）在测试仪上层板上放定一张坐标记录纸，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，保持不变。 （4）移动探针，在A电极附近找出电势为5V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5V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4V，3V，2V，1V 的各8个等势点（圆越大，应多找几点），方法如步骤（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（不一定都相等），并分别求其平均 值。

《静电场描绘》PPT课件
这份课件将引导你进入静电场的神奇世界，了解它的概念、性质及应用。
静电场是什么
1
概念
静电场是由静电荷产生的场。电荷静止时，与其相连的场为静电场。
2
特性
无限延伸，无法屏蔽、开路、短路；遵从叠加原理，表现为电场强度。
3
产生方法
摩擦、感应和电离等方式
极性
正负电荷
正电荷：缺少电子，带正电；负电荷：多余电子，带负电。
计算方法
静电能=电荷大小x电势差
应用
电荷分布
静电场可用于描述物体表面的电 荷分布，如雷云、电极板等。
电场传输
静电场应用于电力传输，如变电 站、输电线路等。
电力工程
静电场在电力工程中广泛应用， 如静电除尘、医用电刀等。
总结
1 重要性
静电场作为一个绝缘场， 控制着我们周围的保护和 控制功能，具有重要的科 学和应用价值。
2 应用前景
3 学习意义
随着科学技术的发展，静 电场的应用会越来越广泛， 我们还有很多需要探索和 发现的地方。
通过学习静电场，我们不 仅可以了解到人类文明的 进步历程和成就，而且也 能激发我们的好奇心和创 造性思维。
电势
1
定义Biblioteka 电势是在静电场中，在某一点为将单位
电势差
2
正电荷由无穷远处带到该点所需的功。
两点间电势的差值，等于在两点间将单
位正电荷带上电场内升高的电势能。
3
测量方法
使用电量计沿着电场线或等势线带点测 量电势差。
静电能
定义
当电荷从无穷远处移到静电 场中某一位置时所具有的能 量。
与电势差的关系
静电能等于两点间电势差乘 以电荷值。

静电场的描绘实验报告实验报告：静电场的描绘引言：静电场是学习物理必须要学习的重要内容之一，为了更好地理解静电场的性质，进行实验来描绘静电场，是非常有意义的。

实验方法：我们使用三种不同的实验设备来描绘静电场，分别是电荷静电力测量仪、电磁感应仪和电势差测量仪。

实验一：电荷静电力测量仪我们用电荷静电力测量仪来测定电荷间的静电力大小及方向，并将数据转换成向量图形表示。

具体实验步骤如下：1.在电荷静电力测量仪上调整两个测量电荷球的距离，并记录下电荷球带的电量。

2.将第一个电荷球放置在原点位置，然后将第二个电荷球移动以便操作者能够得到一系列点的静电力测量值。

3.以第一个电荷球为原点，绘制坐标系，并在坐标系上标出第二个电荷球所处的数据点。

4.通过在点上画出向量表示每个点的静电力大小和方向，并连接向量得出静电场线。

实验二：电磁感应仪在这个实验中，我们使用电磁感应仪来描绘静电场，并观测屏幕上的电荷密度线。

1.在电磁感应仪的探头上加上静电荷，并将探头移至所需的位置。

2.将探头上的传感器与计算机相连，并启动软件。

3.在屏幕上选择并观察电势线和电荷密度线。

4.通过将探头移动至所需的位置，可以观察到整张屏幕上的线性变化，从而描绘整个静电场的图像。

实验三：电势差测量仪在这个实验中，我们使用电势差测量仪来直接测量已知两个电荷之间的电势差，并画出等势面。

1.在两个电荷静电力测量仪上设置两个位置，并测定所需的电势差。

2.以第一个电荷为原点，绘制坐标系并在坐标系中标出第二个电荷的位置。

3.连接每个点上等势线得出整张图像。

结论：经过这三个不同的实验设备，我们可以清晰地描绘出电荷间的静电力、静电场和等势面。

这对我们理解静电学的重要概念和原理是十分有帮助的。

同时，这些实验设备也使我们更深入地了解了静电场的性质和特点。

案例一：静电精密印刷静电精密印刷技术利用静电场的原理来进行数字和图像的高精度印刷。

该技术可将图像印刷到板材上，从而生产出高质量的复杂印刷品。

物理实验-静电场的描绘-实验报告.doc实验目的：通过实验观察、描绘静电场分布情况，熟悉静电场的特性，掌握静电场的描绘方法。

实验原理：静电场是指由电荷分布所产生的空间区域内的电场。

在静电场中，如果放置一个试验电荷，试验电荷会受到电场力的作用，力的方向与电场方向相同或相反，力的大小与电场强度成正比。

静电场的描述有两种方法：一是采用电势来描述电场，二是采用电场线（或称力线）来描述电场。

电势表示一点在电场中所拥有的能量，是以单位正电荷所需要做的功为基础建立的电势能单位。

图1是电势线示意图，在同一电势面上，电势值相同。

在电势降低的方向移动，电场强度也随之增加。

图1 电势线图电场线表示电荷在电场中运动所受的力的方向和大小，是从正电荷到负电荷方向的有向线段，线段方向与所处位置的电场方向相同。

电场线的密度表示电场强度大小。

图2是电场线和等势线示意图，等势线是垂直于电场线的曲面。

在同一等势面上，等势线值相同。

实验步骤：1.将实验方程安置于平滑的水平面上，调整方程的平衡。

2.在陶瓷杯内加入适量炭粉和浓硫酸混合液（体积比为2:1），用玻璃棒搅拌均匀。

3.将金属点状探针固定在支架上，将探针接上电源正极，接上万用表的电势测量表头，探针量程为±199.9V。

4.将另一金属片放在炭粉混合液中，将金属片接上电源负极，作为原点。

5.在实验方程上方和侧方依次插入探针，分别在探针接触点上记录电势值。

6.根据电势值得变化，描绘出电势等值线，即等势线。

以钱先生的名字为例，描绘的图形如图3所示。

图3 静电场的描绘结果分析：根据实验结果可以看出，在静电场中，电势值随距离的变化而变化，电势值越高的地方，电场强度越大。

在同一电势面上，电势值相同，电场线和等势线的特性不同：电场线方向和大小表示电场强度和方向，等势线表示等势面的形状和大小。

结论：本实验利用探针和电势测量仪测得静电场在空间中的电势分布，描绘出了电场的分布情况，并深入理解了静电场的特点和描绘方法。

实验报告静电场的描绘实验目的：1.描绘静电场的形状；2.观察静电场的强度分布；3.测量静电场的性质。

实验原理：静电场是由电荷引起的一种力场。

当电荷分布在空间中时，会形成一个静电场。

静电场可以通过电力线来描绘，电力线表示电场中的电力方向。

电力线从正电荷出发，指向负电荷。

电力线越密集，表示该区域的电场越强。

实验器材：1.电荷发生器；2.电场测量仪。

实验步骤：1.将电荷发生器置于实验台上，并连接好电源；2.调节电荷发生器的电压，使其生成一定大小的电荷；3.将测量仪的探头放置在不同位置，并记录下每个位置的电场强度；4.根据记录的数据，绘制静电场的电力线图。

实验结果与分析：通过实验观察，可以发现电场的形状是由电荷的分布决定的。

当电荷分布均匀时，电力线是均匀分布的，表示电场强度是均匀的。

而当电荷分布不均匀时，电力线的密度就会有所不同，表示电场强度的分布也不均匀。

在实验中测量到的电场强度数据如下：位置1：电场强度为1.5N/C位置2：电场强度为2.2N/C位置3：电场强度为0.8N/C根据这些数据可以绘制出电场的分布图。

假设位置1是正电荷的位置，位置2是负电荷的位置，通过连接位置1和位置2的电力线可以描绘出整个电场的形状。

实验验证了静电场的存在，并且通过测量电场强度，可以得到静电场强度的分布图。

这对于研究电场的性质和应用是非常重要的。

例如，在电磁学中，可以利用静电场的性质进行电场分析和计算，通过电场的分布图可以更好地理解电场的行为和性质。

结论：通过实验描绘了静电场的形状，并测量了静电场的强度分布。

实验验证了静电场的存在，并且通过电力线来描绘静电场的形状和强度分布。

实验结果对于研究电场的性质和应用具有一定的意义。

静电场的描绘和测量是探索电场行为和性质的重要手段。

实验十二静电场描绘(一)、仪器条件记录：1、数显电压表：分度值：0.01 V ；读数误差：0.01 V2、米尺：分度值： 1 mm ；读数误差：0.1 mm(二)、平行柱状电极的静电场描绘图(三)、电极中心连线上的电位分布102030405060708002468101214U (V )x(m m )电极中心连线上的电位分布图(四)、电极中心连线上的电场分布负电极范围：0 — 7.0 mm ； 电极内电场：E= 0 V/mm 正电极范围：69.0 — 76.0 mm ； 电极内电场：E= 0 V/mm10203040506070800.00.10.20.30.40.50.60.70.8E (V /m m )x(m m )电极中心连线上的电场分布图(五)、实验现象观察与分析从静电场的描绘图可观察到：1、 电极周围的电力线密度较大，远离电极处电力线密度较小；说明电极周围的电场强度较大，远离电极的地方电场强度较小；2、 纸边的等位线发生变形，等位线与电极装置的边缘正交，这是因为在电极装置的边缘处，电流线只能沿着边沿，也就是说，电极装置的边缘是一条电流线，根据电力线与等位线正交原则，等位线正交于电极装置的边缘。

(六)、实验结论通过用模拟法描绘出平行柱状电极的静电场，其分布特点为： 1、 电极附近的电场强度较大，离电极越远电场强度越小； 2、 正、负电极为等电位体，其内部电场强度为0 V/mm ；3、 电极中心连线上的电位分布图表明在由负极到正极，电位逐渐升高，近电极处电位的变化梯度较大，离电极较远处，电位的变化梯度较小；4、 电极中心连线上的电场分布图表明在两电极之间的电场强度分布呈U 型分布。

实验二 静电场的描绘一、实验目的1. 掌握用模拟法测绘静电场的设计思路，实验方法。

2. 学会用模拟法测绘等势线。

3. 重点培养学生理论联系实际的能力。

二、实验器材：双层式静电场测绘仪（包括导电纸和记录纸）、1750Ω、0.3A 滑线变阻器、10V 电压表、灵敏检流计、HY1711---3SD 多路直流稳压电源、导线若干。

三、实验原理： (一)理论结果本实验要描绘无限长同轴柱体间的电场分布，（见图4-1,只画出部分），因为是无限长，由高斯定理可得任一点P 的场强为:02E rλπε=（1）式中λ为单位长度所带电荷量，r 为点p 到轴线之半径。

因已有理论结论，故本实验为验证性实验（但目的不在验证，而在验证所采用的思想方法，即如何将理论与实际联系起来）。

由于场强是矢量，用电势标量描述较为方便。

场强与电势的关系为：duE dr=-（2） 将（2）式分离变量并将（1）式代入积分有：02r dru Edr rλπε=-=-⎰⎰ ，∵外柱面接地（r U =0），内柱体为等势体（r U =0U ），∴当=B r r =0r u ⇒；当0A r r r u u =⇒=，故有：)ln()ln(0AB B r R R r R u u = （3） (3)式为两柱体间任一点电势的理论公式，本实验测静电场电势将依据这一公式。

图4-1（二）设计思想及方法但静电场电势是不便直接测量的，因任何仪器均含金属（导体），放入静电场中将会在导体表面产生感应电荷，该感应电荷产生的场叠加在原静电场上，造成原静电场发生强烈畸变，而无法测出。

因此需采用一种间接测量的方法——模拟法，即在条件相同的情况下，仿照另外一个场（模拟场）来代替原静电场的测量的方法称为模拟法。

模拟场需满足的条件为：①与原静电场具有相似性；②便于测量。

稳恒电流场作为模拟场可满足上述条件，定性说明： 1、两场都可用同一个量电势u 来描述（由稳恒电流场的欧姆定律：RuI = 说 明，式中u 即为相对零电势点的电势差）；2、两场的方向一致（由欧姆定律微分形式：E Jσ=说明)；3、条件相同情况下，对应于两极间的任意一点的电势数值相等（不证，说明（3）式可由RuI =对R 积分推出）。

实验十：静电场测绘2008年12月2日一、目的与要求1、学习用模拟法测绘静电场的分布2、加深对电场强度和电势概念的理解二、实验原理1、同轴电缆电场和电势分布同轴电缆的等势线是一簇同心圆，距离轴心r处的电势Ur由式ln(b/r)Ur=Ua ------------------决定，同时可导出等势半径r的表达式：ln(b/a)R T=a^n×b^1-n式中，n=Ur/Ua,则可知电势Ur越高（越接近Ua）,其相应的等势线半径r越小。

2、静电场的描绘方法dUr Ua 1由Er=-------- = --------*-------可知，场强E在数值上等于电势梯度，方向指向电势降落的方向，考虑到E是矢量，u 是标量，从实验测量来讲，测定电势比测定场强容易实现，所以可先测绘等势线，然后根据电场线与等势线正交原理，画出电场线。

这样就可由等势线的间距及电场线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反映出来。

Dr ln(b/a) r三、实验仪器静电场测绘仪（包括模拟电极和电源）、检流计、电阻箱、毫米方格纸及导线等。

四、数据处理【图】表1a=8.98㎜b=48.44㎜其中，p由坐标图测得，R T=a^n×b^1-nn=u r/u a其中：n=u r/u a=R r/R总所以n1=700Ω/1000Ω=0.7n2=500Ω/1000Ω=0.5n3=300Ω/1000Ω=0.3所以：R T1=a^n×b^1-n=8.98^0.7×48.44^0.3=14.9ΩR T2= a^n×b^1-n=8.98^0.5×48.44^0.5=20.9ΩR T3= a^n×b^1-n=8.98^0.3×48.44^0.7=29.2Ω所以:E1=|R p1-R T1|/R T1×100%=(17.7-14.9) /14.9×100%=18.8%E2=|R p2-R T2|/R T2×100%=(24.6-20.9)/20.9×100%=17.7%E3=|R p3-R T3|/R T3×100%=(37.1-29.2)/29.2×100%=27.1%五、分析与讨论本次实验通过模拟法测绘静电场的分布，通过改变不同的电势值描绘出不同的等势线。

实验五 静电场的描绘【实验目的】1.学习用模拟法描绘静电场的分布的基本概念。

2.通过描绘同轴柱面电场的等势线和电场线，加深对电势和场强关系的理解。

【实验仪器】1-MJ 型静电场描绘仪（含专用电源、数显电压表）、探针、水槽、毫米方格纸等【实验原理】1、 静电场测量的困难与模拟法带电体在其周围空间会产生静电场，可以用电场强度和电势的空间分布来描述。

2、 静电场的相似模拟——用稳恒电流场模拟静电场根据相似模拟的特点，本实验用稳恒电流场模拟静电场。

【实验结果及数据处理 】rE 02πελ= （1） 式中，λ为A （或B ）的电荷线密度，其电势r U 可表示为：ar U dr E U U r a a a r ln 20⎰-=⋅-=πελ （2） 在b r =处应有ab U dr E U U b a a a b ln 20⎰-=⋅-=πελ （3） 令b r =时，0=b U ，代入（3）式，得：a b U a ln 20=πελ 代入（2）得 a b r bU U a r ln ln= （4） 距中心r 出的场强为r ab U dr dU E a r 1ln ⨯=-= （5） rdr dR ⨯=πδρ2 rb R rb ln 2πδρ= （6） a b R ab ln 2πδρ= （7） ab U R U I a ab a ln 2ρπδ== （8） a b r bU IR U a rb r ln ln==' （9） E drdU dr U d E r =-='-=' 5、无限长带电同轴圆柱体中的电场的模拟ab r bU U ln ln0= 0/)(U U b a b r = （10） 【实验步骤】1、测绘无限长平行带电直导线的等势线簇。

（1）水槽中倒入适量的水，调节水槽使之水平，水盘内各处水深要相同但不要太深，以5mm 左右为宜。

（2）选用平行导线电极，按照图6连接电路，调节滑线变阻器使两电极A 、B 之间的电势差V U 120=。

实验四静电场的描绘实验目的：1、掌握静电场的概念及性质。

2、掌握静电场的描绘方法。

实验原理：静电场是指由于电荷之间的相互作用所形成的力场。

任何一个电荷都会在空间中产生电势，电势在空间中构成了电势场，在电势场中的电荷就会受到电力的作用。

因此，电势和电势场是描述静电场的基本概念。

电场强度是电场中单位正电荷所受到的力，用E表示，在国际单位制下，单位为牛顿/库仑。

电组力线可以描述电场强度的方向和分布。

电场线的密度越大，表示这里的电场强度越大。

在均匀电场中，电场线是平行且等距的。

静电场的描绘方法有电势线法和电场线法两种。

电势线是虚线，但是我们可以通过这些线来说明物理简化的结果。

一个任意的电场，都可以使用高中物理中所学习的基本公式来计算出，为它处在电势V的电势场中所受到的力Fi。

公式为Fi = -q∇V，其中∇是表示梯度的符号，简单来说它就是一种求导数的方法，表示V沿x，y，z三个方向的变化量。

简单来说，Fi是由V给出的。

这个方程式也可以理解为Fi是由电势线所给出的。

静电场的描绘方法可以直接影响电荷运动的方向，这一点尤其重要。

只有清楚地知道电荷在哪里以及它是如何移动的，才能精确地进行电磁学计算。

实验内容：通过静电场的实验装置，使用点式荧光板、阳极针、高压电源、以及实验器材，验证静电场的描绘方法。

第一步，准备工作：将点式荧光板固定在实验台上，然后通过高压电源产生一个高压电场，使红色游离的荧光粉停留在荧光板上。

接下来，连接阳极针，将它放置在完全平面的荧光板上。

第二步，描绘电势线：首先，将阳极针与高压电源接通，然后将它放置在荧光板上完成电路的闭合。

在此基础上，缓慢移动针，观察荧光粉的移动状态及长度。

观察可知，荧光线是由电势线组成。

每一条荧光线都是一个等势面，它与所描绘的电势相同。

描绘静电场的电势线有两个基本规律：一是电势线的方向总是沿电场的切线方向，二是电势线的间距反比于对应的电势。

一般来说，电场线图是效果更佳的电场描绘方法。

实验七：静电场的描绘
[实验目的] 1、了解用电流场模拟静电场的基本原理。

2、学习用模拟法描绘静电场的分布。

3、加深对静电场强度和电势概念的理解。

[实验仪器] 直流稳压电源，电压表，圆筒电极，水盘。

[实验原理] 静电场是由电荷分布决定的，静电场中无电流。

由于在一定条件下电解质中的稳恒电场与静电场服从相同的数学规律，因此可以用稳恒电流场来模拟静电场进行测量。

这种实验方法称为模拟法。

所以，描绘静电场的分布，只要描绘相应的稳恒电流场的分布就行了。

电场线是人们假想的，用来描绘电场，当有电子流动时所产生的电流会沿着电场线流动，故它们存在相似的分布状况，而电场线又与等势面正交，由实验所得出等势面，易画出电场线，所以可以描绘电流线模拟电场线。

[实验内容与步骤]
内容圆筒电极等势线分布的模拟描绘。

步骤：1、向水盘加入适量的水，并按照测量原理连接好导线。

2、接通电源，取一张坐标纸。

把探针放入水盘。

3、调节探针，依次测量电极的2-3组等势点，每组8-10个点，坐标纸上标出。

[实验数据记录及处理]在坐标纸上用铅笔将八个点连成等势线，根据电场线与等势线相互正交的特点，画出模拟空间的电力线，标出电场线的箭头。

[研究问题]用电流场模拟静电场的理论依据是什么？
1。

（4）将探针轻靠电极，描出两极边缘处的若干 点。描点过程中不要碰动水槽 （5）依次描绘电势为1.0V、2.0V、3.0V 、 4.0V、5.0V、6. 0V、7.0V 的若干条线，每 根等势线上的点数不少于10个，并且分布比 较均匀。
1． 打开测试电源通电。
2． 将电压输出端子与电极板的正负极相接。 3． 将测试端子（探针输入）与探针相连。 4． 将选择开关置于电压位置（内侧），旋转 电压调整旋钮选择一合适的电压点，如8V。 5． 将选择开关置于测试位置(外侧)，装置即可 寻找等位点。
7．
8．
9．
数据处理
1.描绘同轴电缆横截面和聚焦电极轴截面上的电场
分布图
（1）在记录了等势点的记录纸上画出电极 （2）将记录的各等势点用虚线连成光滑的等势线，
标出电势值。
（3）根据电力线与等势线正交的关系，从正极出
发，以适当的密度（疏密对应于场强的大小），用 实线作出电力线分布图，标出方向。
6．
将复写纸及一张白纸平铺于上层板上， 并夹紧固定板。 移动探针选择一电位点，压下上探针打 点，然后移动探针选取其它等位点并打点， 即可描出一条等位线。 重复上述6、7步骤，可测出一系列不同 电位的等位线，并可描绘出电力线。 测试结束关闭电源，整理好导线，将水 槽中水倒净，并将电极板反扣于桌面，以使 装置保持干爽。
r
(图 b1)
(图 b2)
q dr q ln r C 则 U r Edr 2h 0 r 2h 0
由边界条件得：
代入上式得：
r r1时U r U1
r r2时U r U 2 0
q C ln r2 2h 0
整理得：
q U1 即 2h ln r ln r 0 2 1

实验五静电场的描绘实验目的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位要领的理解。

实验仪器GVZ一3型导电微晶静电场描绘仪(导电微晶、双层固定支架、同步探针等)，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。

实验原理在一些科学研究和生产实践中，往往需要了解带电体周围静电场的分布情况。

一般来说带电体的形状比较复杂，很难用理论方法进行计算。

用实验手段直接研究或测绘静电场通常也很困难。

因为仪表（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；除静电式仪表之外的一般磁电式仪表是不能用于静电场的直接测量，因为静电场中不会有电流流过，对这些仪表不起作用。

所以，人们常用“模拟法”间接测绘静电场分布。

一、模拟的理论依据模拟法在科学实验中有极广泛的应用，其本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程的研究，以代替不易实现、不便测量的状态或过程的研究。

为了克服直接测量静电场的困难，我们可以仿造一个与静电场分布完全一样的电流场，用容易直接测量的电流场模拟静电场。

静电场与稳恒电流场本是两种不同场，但是它们两者之间在一定条件下具有相似的空间分布，即两场遵守的规律在形式上相似。

它们都可以引入电位U，而且电场强度U=；它们都遵守高斯定理：对静电场，电场强度在无源区域E-∇内满足以下积分关系∮E·ds = 0 ∮E·d l = 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∮J·ds = 0 ∮J·d l = 0由此可见，E和J在各自区域中满足同样的数学规律。

图1两点电荷的电场分布图静电场的描绘一、实验目的1.掌握模拟法描绘静电场的原理和方法。

2.加深电场强度、电势和电势差概念的理解。

3.测绘两点电荷电极、同轴柱面电极、聚焦电极的电场分布。

二、实验仪器DZ-2型电场描绘仪，双层探针，AC-20型静电场描绘电源，两点电荷水槽电极，同轴柱面水槽电极，聚焦电极水槽，万用表。

三、实验原理在科学研究和生产实践中，有时需要知道一些电子器件和设备中的电极周围的电场分布。

由于电极形状和实际问题的复杂性，很难通过理论计算得到电场的分布，一般都通过实验或者数值模拟的方法来确定。

当用测量仪器直接测量电场时，由于测量头在静电场中会产生感应电荷或束缚电荷，而使被测电场发生变化。

因而实验时常采用一种间接的测量方法 模拟法，即仿造一个电场（模拟场）与原电场完全一样。

在一定条件下静电场与稳恒电流场遵守的规律在形式上相似，当用探针去测模拟电场时，也不受干扰，因此可以间接地测出被模拟的电场中各点的电势，连接各等电势点得到等势面。

根据电力线与等势面的垂直关系，描绘出电力线，即可形象地了解电场情况，加深电场强度、电势和电势差概念的理解。

1.两点电荷的电场分布如图1所示，两点电荷各带等量异号电荷，其上电势分别为V +和V -。

由对称性，电场分布（图中箭线所示）和等势面（图中虚线表示）也是对称分布的。

做实验时，以水作为介质填充在水槽电极的两极之间。

若在两电极上加一定的电压，介质中便会有（删除此括号的内容：恒定不变的）电流产生，（删除此括号的内容：这样就可以直接）用电压表测量介质中各点相对于其中一个电极的电势，再根据电势变化的最大方向（删除此括号的内容：计算）描绘出电场。

理论和实践证明，导电介质中恒定电流建立的电场与静电场的规律完全相似，因而可以用稳恒电流场去模拟静电场。

两点水槽的稳恒电流电场特征与两点电荷的静电场场强分布相同。

实验中电极接交流电，产生交流电场的瞬时值随时间变化，但交流图2同轴柱面的电场分布图 _ 电场的有效值与稳恒电场是等效的。

静电场的描绘实验报告
实验名称：静电场的描绘
实验目的：通过实验了解静电场的特性，并能够描绘出静
电场的分布。

实验器材：电荷静电电位计、导线、导线夹、静电发生器
实验原理：静电场是由不同电势的电荷所产生的，电位计
可以测量出不同位置的电势值，从而描绘出静电场的分布。

实验步骤：
1. 将电位计和静电发生器连接在一起，并接通电源。

调节
电位计使得电位计的指针指向零位。

2. 将电位计的探针靠近一个电荷，记录下电位计的指针指
向的数值。

3. 将电位计的探针移动到其他位置，记录下电位计的指针
指向的数值。

4. 根据记录的数值，可以计算出不同位置的电势差，从而
得到静电场的分布情况。

5. 可以重复以上步骤，在不同的位置和距离上测量电位差，得到更加精确的静电场的描绘。

实验结果：根据测量得到的数据，可以绘制出静电场的分
布图，通过图形可以直观地了解静电场的特性和分布情况。

实验注意事项：
1. 实验中要小心操作，避免触碰到电荷和导线。

2. 实验过程中要保持电位计的探针与空气隔离，避免测量
结果受到空气电位的影响。

3. 实验结束后，及时关闭电源并进行清洁。

实验讨论和分析：通过实验描绘的静电场分布图，可以发现静电场的电势随距离增加而减小。

静电场的分布图可以用等势线来表示，等势线是连接具有相同电势值的点的曲线，其形状可以反映出静电场的分布。

实验中还可以观察到电势差随距离的变化规律，这可以用电势差和距离的关系来描述，即电势差与距离的平方成反比。

大学物理实验静电场的描绘大学物理实验中，静电场的描绘是一个重要的实验项目。

通过静电场的描绘实验，我们可以了解静电场的分布、强度、方向等信息，进而深入探究静电场的性质和规律。

本文将从实验目的、实验原理、实验步骤、数据分析和结论等方面，详细阐述静电场描绘实验的全过程。

一、实验目的静电场描绘实验的主要目的是：通过测量静电场中各点的电场强度和电势分布，了解静电场的性质和规律；掌握电场强度与电势之间的关系；学习使用静电场描绘仪进行实验操作，提高实验技能和实践能力。

二、实验原理静电场是由静止电荷产生的非随时间变化电场。

根据高斯定理，电场强度E与闭合曲面上的电荷量成正比，与曲面内的点至电荷的距离成反比。

因此，通过测量某一点附近的电场强度，可以推算出该点所在区域的电荷分布情况。

在静电场中，电场强度E与电势差ΔV之间的关系满足拉普拉斯方程：ΔV=k/ε0EΔS，其中ΔS为曲面面积，k为真空中的介电常数，ε0为真空中的介电常数。

根据此关系，可以通过测量某一点附近的电势差来计算该点的电场强度。

三、实验步骤1.准备器材：静电场描绘仪、导电纸、绝缘纸、电极、电源、测量仪表等。

2.搭建实验装置：将导电纸放置在绝缘纸上，用电极与导电纸接触，连接电源和测量仪表。

3.充电：将电极充电至一定电压，使静电场在导电纸周围建立起来。

4.测量数据：将测量仪表调整至合适档位，测量静电场中各点的电场强度和电势分布，记录在表格中。

5.描绘图像：根据测量数据，绘制电场强度和电势分布图。

6.分析数据：对测量数据进行处理和分析，计算电场强度与电势之间的关系，得出实验结论。

7.清理实验现场：实验结束后，断开电源，将实验器材整理好。

四、数据分析根据实验测量数据，我们可以计算出各点电场强度和电势值。

通过对这些数据进行统计分析，可以得出静电场的分布、强度、方向等信息。

例如，我们可以计算出最大电场强度和最小电势差所在的位置，以及各点电场强度和电势的平均值、标准差等。