用电流场模拟静电场描绘电场.

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。

用恒定电流场模拟静电场静电场是由电荷分布决定的。

带电导体在空间形成的静电场，对部分比较简单的情况，可通过理论计算得到其电场分布。

但对大多数情况都无法得到其数学表达式，也就不能求解出其电场分布。

因此，为了解这些情况下的电场分布，通常借助实验的方法来测定出其电场分布。

由于直接测量静电场是很困难的，所以实验中采用间接的模拟法来进行测量，用恒定电流场来模拟静电场，即通过测绘恒定电流场的分布来描绘对应的静电场。

一、教学目的1.学习用模拟法描绘和研究静电场的分布。

2.测绘同轴柱形电极和平行板电极间的电场分布。

二、教学要求1.本实验三小时完成。

2.了解模拟法应用的条件，加深对电场强度，电势概念的理解。

3.掌握水槽式静电场模拟仪的使用方法。

4.正确测绘出两种电极状况下的电场分布图并学会用单对数坐标纸作图。

5.对测量结果进行评价，写出合格的实验报告。

三、教学重点和难点1.模拟法应用的条件和特点。

2.描绘电场分布图及用单对数坐标纸作图。

四、讲解内容1.提问：本实验对静电场的测绘采用的是什么方法？为什么要用此方法？回答：采用的是模拟法测绘静电场。

因为直接测量静电场的分布，需用探针对空间各点逐点进行测量。

当把探针放入静电场后，由于静电感应，探针上会产生感应电荷，而形成一个新电场与原电场迭加，从而引起原电场的畸变。

显然直接测量不可行，所以采用模拟法来进行测绘。

2.提问：模拟法分为哪两种模拟，其应用的条件是什么？本实验采用的是哪一种模拟？回答：模拟法分为物理模拟和数学模拟。

物理模拟的应用条件为物理相似和几何相似，即模型和原型都遵从同样的物理规律；模型的几何尺寸与原型的几何尺寸成比例的放大或缩小。

数学模拟应用的条件为模型与原型在物理实质上可以完全不同，但它们都遵从相同的数学规律，即满足相似的数学方程。

用恒定电流场模拟静电场采用的是数学模拟。

3.提问：用恒定电流场模拟静电场的理论依据是什么？回答：其理论依据是恒定电流场与静电场满足相同形式的数学方程（极间电势及电场公式对比）。

用恒定电流场模拟静电场实验设计思想及背景场强和电势是描述静电场的两个基本物理量，其空间分布常用电场线及等势面来描述。

一般不规则带电体的场强、电势数学表达式复杂，因此常采用实验方法来研究。

但如果用静电仪表来测量静电场，因测量仪器的介入会改变原静电场的分布，所以采用模拟法，即用稳恒电流场模拟静电场的分布。

实验目的1．了解用模拟法测绘静电场的原理； 2．加深对电场强度和电势概念的理解。

实验原理 一．模拟依据以长直同轴圆柱面间的电场分布为例 1．静电场图1(a)为一均匀带电的长直同轴圆柱面。

a 是半径为0r 的长直圆柱导体(中心电极)，b 是内半径为0R 的同轴长直导体圆筒(同轴外电极)。

设电极a ，b 各带等量异号电荷，两电极之间将产生静电场，两极的电势分别为0a U U =和0b U =(接地)。

由于对称性，在垂直于轴线的任一个截面Ｓ内，有均匀分布的辐射状电场线，见图1(b)。

由电磁学理论，均匀带电的长直同轴导体柱面之间的电场强度rk r E 1π2==ελ （1） 式中，λ为导体上电荷的线密度；ε为均匀电介质的介电常数（亦称为电容率）；r 为两导体间任一点到轴线的距离，ελπ2/=k 。

由电势差定义，两电极间任意—点与外电极之间的电势差r R dr r Edr U U R rR rb 0ln π2π20ελελ===-⎰⎰ 因为0b U =，所以到轴线距离为r 的一点的电势为 rRU 0ln π2ελ=（2） 由上式r 相同处电势相等，因此均匀带电长直同轴圆柱面电场中等势面为一系列同轴圆柱面。

2．恒定电流场(模拟场)一根长直同轴圆柱面横断面的二维结构如图2所示。

选模拟电极a 为中心电极，b 为同轴外电极，将其置于导电微晶或导电溶液中。

在a ，b 电极之间加上稳恒电压0U （中心电极a 接正，外电极b 接负），导电介质中就建立起恒定的电流场。

由于电极是对称的，电极间导电介质是均匀的，所以将有恒定电流均匀地沿径向从中心电极流向外电极。

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。