大学物理实验报告--用模拟法测绘静电场

实验三 模拟法测绘静电场随着静电应用、静电防护和静电现象研究的日益深入，常需要确定带电体周围的电场分布情况.用计算方法求解静电场的分布一般比较复杂和困难，而且，直接测量静电场需要复杂的设备，对测量技术的要求也高，所以常常采用模拟法来研究和测量静电场.【实验目的】1. 学习用模拟法描述和测绘静电场分布的概念和方法.2. 测量等位线、描绘电力线.3. 加深对静电场强度、电位和电位差概念的理解.【实验仪器】静电场测绘仪一套，静电场描绘仪专用电源（10 V ，1 A ）一台，导线等.【实验原理】1. 用电流场模拟静电场带电体在其周围空间所产生的电场，可用电场强度E 和电位U 的空间分布来描述.为了形象地表示电场的分布情况，常采用等位面和电力线来描述电场.电力线是按空间各点电场强度的方向顺次连成的曲线，等位面是电场中电位相等的各点所构成的曲面.电力线与等位面是相互正交的，有了等位面的图形就可以画出电力线.反之亦然.我们所说的静电场测量就是指测绘出静电场中等位面和电力线的分布图形.它是了解电场中的一些物理现象或控制带电粒子在电磁场中的运动所必须解决的问题，它对科研和生产都是十分有用的，例如用测量电子管、示波管、显像管和电子显微镜等多种电子束管内部电场的分布来研究其电极的形状等.用电流场来模拟静电场是研究静电场的一种方法.由电磁学理论可知电解质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.在电流场的无源区域中，电流密度矢量j 满足0lj dl ⋅=⎰(8-1)在静电场的无源区域中，电场强度矢量E 满足0lE dl ⋅=⎰ (8-2)由式（8-1）（8-2）可看出电流场中的电流密度矢量j 和静电场中的电场强度矢量E 所遵从的物理规律具有相同的数学形式，所以这两种场具有相似性.在相似的场源分布和相似的边界条件下，它们解的表达式具有相同的数学形式.如果把连接电源的两个电极放在不良导体的溶液（水液或导电纸）中，在溶液中将产生电流场.电流场中有许多电位相同的点，测出这些电位相同的点，描绘成面就是等位面.这些面也是静电场中的等位面.通常电场的分布是在三维空间中，但在水液（或导电纸）中进行模拟实验时，测出的电场是在一个水平面内的分布.这样，等位面就成了等位线，根据等位线与电力线正交的关系，即可画出电力线.这些电力线上每一点的切线方向就是该点电场强度E 的方向.这样可以用等位线和电力线形象地表示静电场的分布了（如图8-1）.图8-1用等位线和电力线表示的静电场的分布为了检测电流场中各等电位点时，不影响电流线的分布，测量支路不能从电流场中取出电流，因此，必须使用高内阻电压表或电位差计进行测绘.2. 同轴圆柱形导体间的电场分布现用同轴圆柱形电极具体说明电流场与静电场的相似性.如图8-1（a ）所示，将其置于电解质导电纸或水液中，在电极之间加电压0U （A 为正，B 为负）.由于电极形状是轴对称的，电流自A 向B 在水液（导电纸）中形成一个径向均匀的稳恒电流场.静电场中带电导体的表面是等位面，模拟场中的电极的良导体的电导率要远远大于水液（导电纸）的电导率，才能认为电极也是等位面.有了“模拟场”，可以分析它与静电场的相似性. （1）静电场.根据高斯定理，同轴圆柱面间的电场强度E 为02E rτπε=(8-3) 式中，τ为柱面上电荷密度，r 为两柱面间任意一点距轴心的距离，如图8-2所示.设1r 为内圆柱面半径，2r 为外圆柱面半径，则两柱面间的电位差0U 为221120001ln 22r r r r r dr U Edr r r ττπεπε===⎰⎰(8-4) 半径为r 的任意点与外柱面间的电位差为22200ln 22r r r rrr U Edr rττπεπε==⎰⎰(8-5) 由式（8-4）和（8-5）得2021lnln r r r U U rr =或2201ln ln r rUr r U r = (8-6)图8-2同轴圆柱面两柱面间任意一点轴心的距离(2)电流场.为了计算电流场的电位分布，先计算两柱面间的电阻，后计算电流，最后计算任意两点间的电位差.设不良导电介质薄层（水液或导电纸的石墨）厚度为l ，电阻率为ρ,则任意半径r 到r+dr 的圆周之间的电阻是d 22dr dr dr R s rl l rρρρππ===⋅ (8-7) 将式（8-7）积分得到半径r 到半径2r 之间总电阻222ln 22r rr r r dr R l r l rρρππ==⎰ (8-8) 同理可得半径r 到半径2r 之间的总电阻212121ln 22r r r r r dr R l r l r ρρππ==⎰ (8-9) 因此，从内柱面到外柱面的电流为120120212ln r r U lI U r R r πρ== (8-10)则外柱面2U =0至半径r 处的电位2212120rr r rr r r R U I R U R ==(8-11)将式（8-8）和式（8-9）代入（8-11）得2021lnln r r r U U rr =或2201ln ln r rUr r U r = (8-12)比较式（8-12）和式（8-6)可知，静电场与模拟场的电位分布是相同的.3. 模拟条件的讨论模拟方法的使用有一定的条件和范围，不能随意推广，否则将会得到荒谬的结论，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应是不良导体且电导率分布均匀，并满足σσ导电质电极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.4. 静电场的测绘方法由静电场理论可知，在同轴圆柱形的静电场中距轴心r 处场强为：/r r E dU dr =，场强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.EQL-2型电场描绘仪（包括导电玻璃、双层固定支架、同步探针等），如图8-3所示，支架采用双层式结构，上层放记录纸，下层放导电玻璃.电极已直接制作在导电玻璃上，并将电极引线接出到外接线柱上，电极间制作有电导率远小于电极且各向均匀的导电介质.接通直流电源（10 V ）就可进行实验.在导电玻璃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，可保证两探针找到等电位待测点后，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玻璃上找出若干电位相同的点，由此即可描绘出等位线.图8-3 EQL-2型电场描绘仪【实验内容与步骤】1. 测绘同轴电缆的静电场分布（1） 将白纸放在描绘仪上层，用磁条压牢.（2）按照图8-4，将导电玻璃上内外两电极分别与静电场描仪专用电源左侧的正、负极相连，将同步探针与右侧外接“正极”相连. （3）接通专用电源，“指示选择”开关置于“内”，电压表测量电源输出电压.调节“电压调节”旋钮，使电压表指示为10.00±0.01 V ；然后将“指示选择”开关置于“外”，电压表测量探针电位.（4）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 V ，共6条等位线，推荐测量1 V,2 V ,3 V ,4 V ,5 V ,6 V 电位的等位线.每条等位线各测量点间距取1 cm 左右.图8-4 模拟装置电路2. 描绘聚焦电极的电场分布利用图8-5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 5条等位线，电位差的取值分别为1.00 V,3.00 V ,5.00 V ,7.00 V ,9.00 V ，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8-5静电透镜聚焦场的模拟模型【数据记录与处理】1. 对同轴电极，用圆规画出各等位线.2. 根据等位线与电力线正交原理，画出电力线（至少8条），并指出电场强度方向.3. 用直尺测量各等位线的半径r ，并在坐标纸上作ln r 和r U 函数关系图.验证其线性关系.4. 由式02/21()r U U r r rr计算各等位线半径的理论值r 理,并与测量值r 比较，求出百分误差.0U =______V , 1r =________cm ，2r =_________cm.表8-1 等位线半径的测量r(cm) lnr百分误差【注意事项】由于导电玻璃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.如要减小这种影响，则要使用“无限大”的导电玻璃进行实验，或者人为地将导电玻璃的边缘切割成电力线的形状.【思考题】1. 如果电源电压0U 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？2. 试举出一对带等量异号的线电荷的长平行导线的静电场的“模拟模型”.这种模型是否是惟一的？3. 根据测绘所得等位线和电力线的分布，分析哪些地方场强E 较强，哪些地方场强E较弱？4. 从实验结果能否说明电极的电导率远大于电介质的电导率？如不满足这条件会出现什么现象？5. 在描绘同轴电缆的等位线族时，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？6. 由（8-6）式可导出圆形等位线半径r 的表达式为： 试讨论r U 及r E 与r 的关系，说明电力线的疏或密随r 值的不同如何变化.附：EQL-2型电场描绘仪参数1r =0.50 cm, 2r =7.50 cm.。

实验九模拟法测绘静电场实验九模拟法测绘静电场电场强度和电位是描述静电场的两个主要的物理量，为了形象地描述电场中各点的场强和电位的分布情况，人们人为地用电力线和等位面来进行描述。

但任一带电体在空间形成的静电场的分布，即电场强度和电位的分布情况，除了一些简单的特殊的带电体外，一般很难写出它们在空间的数学表达式，因此，通常采用实验方法来研究。

如果我们用静电仪表对静电场中的电场强度和电位进行测量，这样，因测量仪器的介入就会导致原静电场发生变化。

但是，如果采用模拟法，即用稳恒电流场模拟静电场进行测量，就会得到满意的结果。

实验目的1.学会用模拟法测绘静电场。

2.通过对静电场的测绘加深对静电场的认识。

实验原理及方法带电体周围存在着静电场，用电力线来形象描述电场，电力线的方向起于正电荷（或带正电的物体），止于负电荷（或带负电的物体），任何两条电力线永不相交。

静电场空间中电位相同点构成等位面（或等位线）。

由于电力线与等位面正交，若测出电场中的等电位点，其轨迹即为等位面（或等位线），由等位面可作出相应的电力线，由此可直观地对静电场中电力线的分布得到清晰的了解。

静电场的实际测量是十分困难的，因为测量时当探针进入静电场后，由于静电感应而在探针上产生感应电荷，这种感应电荷产生的电场对被测电场产生干扰，引起原电场畸变，不能测出电场的本来分布情况，因此，常用稳恒电流场来模拟静电场。

均匀导电介质中的稳恒电流与真空中的静电场遵从同样规律，当电极的形状、大小、位臵和边界条件相同时，它们的场分布是相同的。

因为在这样的导电介质中有稳恒电流存在，任一体积元内流进和流出的电荷相等，无静电荷出现，所以不会有影响原来电场分布的干扰源。

尤其在电场的分布与Z 轴（见图9-1）无关情况下，仅需在垂直Z 轴的平面内描绘出电场分布。

等位线电力线图9－2 带电体周围空间电场本实验采用薄导电介质来描绘无限沿伸的（即与Z 轴无关的）带电导体在其横截面内产生的电场分布。

155实验5-21 用模拟法测绘静电场带电体的周围产生静电场，场的分布是由电荷分布、带电体的几何形状及周围介质所决定的。

由于带电体的形状复杂，大多数情况求不出电场分布的解析解，因此只能靠数值解法求出或用实验方法测出电场分布。

直接用电压表去测量静电场的电位分布往往是困难的，因为静电场中没有电流，磁电式电表不会偏转；而且与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，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。

因此，实验时一般采用一种间接的测量方法（即模拟法）来解决。

【实验目的】1．学会用模拟法测绘静电场方法。

2．加深对电场强度和电位概念的理解。

【实验器材】GVZ-3型导电微晶静电场描绘仪。

【实验原理】 一、模拟法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来模拟不易实现、不便测量的状态和过程，但是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。

物理模拟就是保持同一物理本质的模拟，对一些物理场的研究主要采用物理模拟，例如用光测弹性模拟工件内部应力的分布等。

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。

如果描述两个不同本质的物理场的微分方程和边界条件相同，则它们解的数学表达式是一样的。

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。

模拟法在工程设计中有着广泛的应用。

例如，对于静电场，电场强度E在无源区域内满足以下积分关系0sE dS ⋅=⎰⎰（高斯定理）0l E dl ⋅=⎰ （环路定理） 对于稳恒电流场，电流密度矢量j在无源区域中也满足类似的积分关系0sj dS ⋅=⎰⎰ （连续方程）0lj dl ⋅=⎰ （环路定理）在边界条件相同时，二者的解是相同的。

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）连接或填充时，接上电源（设输出电压为V）后，不良导体中就产生了从电极A均A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。

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%。

实验五 用模拟法测绘静电场预习重点1.用稳恒电流场模拟法测绘静电场的原理和方法。

2.预习同轴柱面的电场分布情况。

实验目的1.学习用稳恒电流场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概念的理解。

3.测绘同心圆电极的电场分布情况实验原理由于带电体的形状比较复杂，其周围静电场的分布情况很难用理论方法进行计算。

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。

本实验采用模拟法，通过同心圆电极产生的稳恒电流场模拟同轴柱面带电体形状的带电体产生的静电场。

一、模拟的理论依据为了克服直接测量静电场的困难，可以仿造一个与待测静电场分布完全一样的电流场，用容易直接测量的电流场去模拟静电场。

静电场与稳恒电流场本是两种不同的场，但是两者之间在一定条件下具有相似的空间分布，即两种场遵守的规律在数学形式上相似。

对于静电场，电场强度在无源区域内满足以下积分关系0s d ⋅=⎰ E s 0ld ⋅=⎰ E l 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0sd ⋅=⎰ J s 0ld ⋅=⎰ J l 由此可见，和在各自区域中所遵从的物理规律有同样的数学表达形式。

若稳恒电流场E J 空间均匀充满了电导率为σ的不良导体，不良导体内的电场强度与电流密度矢量之'E J 间遵循欧姆定律： σ'J =E 因而，和在各自的区域中也满足同样的数学规律。

在相同边界条件下，由电动力学E 'E 的理论可以严格证明：具有相同边界条件的相同方程，解的形式也相同。

因此，可以用稳恒电流场来模拟静电场。

二、模拟长同轴圆柱形电缆的静电场利用稳恒电流场与相应的静电场在空间形式上的一致性，只要保证电极形状一定，电极电位不变，空间介质均匀，则在任何一个考察点，均应有“U 稳恒=U 静电”或“E 稳恒=E 静电”。

以下以同轴圆柱形电缆的静电场和相应的模拟场——稳恒电流场来讨论这种等效性。

静电场模拟实验报告（5篇范文）第一篇：静电场模拟实验报告实验二静电场的描绘【目的与任务】1、理解用模拟法描绘静电场的原理和方法；2、学会用模拟法描绘静电场的等势线和电场线；3、定性说明同轴圆柱面和带电直导线电流场的特点及其应用。

【仪器与设备】静电场描绘仪（西安教学仪器厂生产），万用电表，坐标纸等。

仪器简介：1、交流电源交流电源输出电压在 0～10V 之间连续可调，最大输出电流 l A。

实验时将输出电压调节到实验要求之值。

2、静电场描绘仪图 1 静电场描绘仪静电场描绘仪如图1 所示，支架采用双层式结构，下层放置水盘和电极，上层安放坐标纸。

P 是测量探针，用于在水中测量各点的电势，P′是与 P 联动的记录探针，可将P 在水中测得的各电势点通过按下指针P′在坐标纸上打出印迹，同步地记录在坐标纸上。

由于P、P′是固定在同一探针架上的，所以两者绘出的图形完全相同。

3、模拟电极可提供两点电荷(平行输电线)，同轴柱面(同轴电缆)，聚焦电极三种模拟电极。

【原理与方法】1、直接测量静电场的困难带电体在周围空间产生的静电场，可用电场强度 E 或电势 U 的空间分布来描述。

一般情况下，可从已知的电荷分布，用静电场方程求出其对应的电场分布，但对较复杂的电荷分布，如电子管、示波管、电子显微镜、加速器等电极系统，数学处理上十分困难，因而总是希望用实验方法直接测量。

但是，直接测量静电场往往很困难。

因为，首先静电场中无电流，不能使用磁电式仪表，而只能使用较复杂的静电仪表和相应的测量方法；其次，探测装置必须是导体或电介质，一旦放入静电场中，将会产生感应电荷或极化电荷，使原电场发生改变，影响测量结果的准确性。

若用相似的电流场来模拟静电场，则可从电流场得到对应的静电场的具体分布。

2、用稳恒电流场模拟静电场的可行性如果两种物理现象在一定条件下满足同一形式的数学规律，则可将对其中某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。

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【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）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，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。

用模拟法测绘静电场实验报告!!篇一：模拟法测绘静电场实验思考题答案用模拟法测绘静电场【预习思考题】1．用电流场模拟静电场的理论依据是什么？模拟的条件是什么？用电流场模拟静电场的理论依据是：对稳恒场而言，微分方程及边界条件唯一地决定了场的结构或分布，若两种场满足相同的微分方程及边界条件，则它们的结构也必然相同，静电场与模拟区域内的稳恒电流场具有形式相同的微分方程，只要使他们满足形式相同的边界条件，则两者必定有相同的场结构。

模拟的条件是：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；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极>>σ介以保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等势面；模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。

2．等势线和电场线之间有何关系？等势线和电场线处处相互垂直。

3．在测绘电场时，导电微晶边界处的电流是如何流动的？此处的电场线和等势线与边界有什么关系？它们对被测绘的电场有什么影响？在测绘电场时，导电微晶边界处的电流为0。

此处的电场线垂直于边界，而等势线平行于边界。

这导致被测绘的电场在近边界处受边界形状影响产生变形，不能表现出电场在无限空间中的分布特性。

【分析讨论题】1．如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状是否发生变化？电场强度和电势分布是否发生变化？为什么？如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状没有发生变化，但电场强度增强，电势的分布更为密集。

因为边界条件和导电介质都没有变化，所以电场的空间分布形状就不会变化，等势线和电场线的形状也就不会发生变化，但两电极间的电势差增大，等势线的分布就更为密集，相应的电场强度就会增加。

2．在测绘长直同轴圆柱面的电场时，什么因素会使等势线偏离圆形？测绘长直同轴圆柱面的电场时测到的等势线偏离圆形，可能的原因有：电极形状偏离圆形，导电介质分布不均匀，测量时的偶然误差等等。

3．从对长直同轴圆柱面的等势线的定量分析看，测得的等势线半径和理论值相比是偏大还是偏小？有哪些可能的原因导致这样的结果？⑴偏大，可能原因有电极直径测量偏大，外环电极表面有氧化层产生附加电阻，电压标示器件显示偏大等；⑵偏小，可能原因有电极直径测量偏小，中心电极表面有氧化层产生附加电阻，电压标示器件显示偏小等。

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）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，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。

用模拟法测绘静电场实验报告!!篇一：模拟法测绘静电场实验思考题答案用模拟法测绘静电场预习思考题1．用电流场模拟静电场的理论依据是什么？模拟的条件是什么？用电流场模拟静电场的理论依据是：对稳恒场而言，微分方程及边界条件唯一地决定了场的结构或分布，若两种场满足相同的微分方程及边界条件，则它们的结构也必然相同，静电场与模拟区域内的稳恒电流场具有形式相同的微分方程，只要使他们满足形式相同的边界条件，则两者必定有相同的场结构。

模拟的条件是：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；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极>>σ介以保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等势面；模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。

2．等势线和电场线之间有何关系？等势线和电场线处处相互垂直。

3．在测绘电场时，导电微晶边界处的电流是如何流动的？此处的电场线和等势线与边界有什么关系？它们对被测绘的电场有什么影响？在测绘电场时，导电微晶边界处的电流为0。

此处的电场线垂直于边界，而等势线平行于边界。

这导致被测绘的电场在近边界处受边界形状影响产生变形，不能表现出电场在无限空间中的分布特性。

分析讨论题1．如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状是否发生变化？电场强度和电势分布是否发生变化？为什么？如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状没有发生变化，但电场强度增强，电势的分布更为密集。

因为边界条件和导电介质都没有变化，所以电场的空间分布形状就不会变化，等势线和电场线的形状也就不会发生变化，但两电极间的电势差增大，等势线的分布就更为密集，相应的电场强度就会增加。

2．在测绘长直同轴圆柱面的电场时，什么因素会使等势线偏离圆形？测绘长直同轴圆柱面的电场时测到的等势线偏离圆形，可能的原因有：电极形状偏离圆形，导电介质分布不均匀，测量时的偶然误差等等。

3．从对长直同轴圆柱面的等势线的定量分析看，测得的等势线半径和理论值相比是偏大还是偏小？有哪些可能的原因导致这样的结果？⑴偏大，可能原因有电极直径测量偏大，外环电极表面有氧化层产生附加电阻，电压标示器件显示偏大等；⑵偏小，可能原因有电极直径测量偏小，中心电极表面有氧化层产生附加电阻，电压标示器件显示偏小等。

静电场的测绘实验报告篇一：用模拟法测绘静电场的实验报告篇二：实验报告静电场的描绘课实验报告级实验日期姓名: 实验题目：实验目的：1、学习用模拟法研究静电场。

2、描绘二种场结构的等位线。

仪器和用具：静电场模拟迹仪(一套)实验原理带电体的周围存在静电场，场的分布是由电荷的分布。

带电体的几何形状及周围介质所决定的。

由于带电体的形状复杂，大多数情况求不出电场分布的解析解，因此只能靠数值解法求出或用实验方法测出电场分布。

直接用电压表法去测量静电场的电位分布往往是困难的，因为静电场中没有电流，磁电式电表不会偏转；另外由于与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。

由于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。

因此，实验时一般采用间接的测量方法(即模拟法)来解决。

1．用稳恒电流场模拟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、不便测量的物理状态或过程，它要求这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，而且这些物理量在两种状态或过程中满足数学形式基本相同的方程及边界条件。

本实验是用便于测量的稳恒电流场来模拟不便测量的静电场，这是因为这两种场可以用两组对应的物理量来描述，并且这两组物理量在一定条件下遵循着数学形式相同的物理规律。

例如对于静电场，电场强度E在无源区域内满足以下积分关系E?dS?0(2－1)SE?dl?0 (2－2)lS对于稳恒电流场，电流密度矢量j在无源区域中也满足类似的积分关系j?dS?0 (2－3)j?dl?0 (2－4)l在边界条件相同时，二者的解是相同的。

当采用稳恒电流场来模拟研究静电场时，还必须注意以下使用条件。

(1)稳恒电流场中的导电质分布必须相应于静电场中的介质分布。

具体地说，如果被模拟的是真空或空气中的静电场，则要求电流场中的导电质应是均匀分布的，即导电质中各处的电阻率?必须相等；如果被模拟的静电场中的介质不是均匀分布的，则电流场中的导电质应有相应的电阻分布。