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。

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=。