云南大学大学物理实验5

云南大学软件学院 实验报告

课程： 大学物理实验 学期： 2014-2015学年 第一学期 任课教师： 许红星 序号： 39 专业： 网络工程 学号： 姓名： 成绩：

实验5 静电场

一、实验目的

了解同心圆静电场的电势及电场的分布状况，更深的理解电势及电场的性质，更深层次的理解静电场。

二、实验原理

根据高斯定理推导出电场及电势的分布公式；利用数据分析软件，如Microsoft Excel 绘制电场及电势的分布图。

场强分布：

当r < R 1时，

001=⇒=⋅⎰⎰E dS E S

当R 1 < r < R 2时，

⇒=⋅⎰⎰01εq dS E S 210241

r q E επ=

当R 2 < r < R 3时，

003=⇒=⋅⎰⎰E dS E S

当r > R 3时，

021*******εεπεq q E q q dS E S +=⇒+=⋅⎰⎰

电势分布：

根据电势的定义，可以求得电势的分布。

当r < R 1时，

3210210110143211414141332211R q q R q R q U dr E dr E dr E dr E dr E U R R R R R R r r ++

-=⋅+⋅+⋅+⋅=⋅=⎰⎰⎰⎰⎰∞∞επεπεπ

当R 1 < r < R 2时，

321021010143214141413322R q q R q r q U dr E dr E dr E dr E U R R R R r r ++

-=⋅+⋅+⋅=⋅=⎰⎰⎰⎰∞∞επεπεπ

当R 2 < r < R 3时，

3

2101431413

3

R q q U dr

E dr E dr E U R R r r +=⋅+⋅=⋅=⎰⎰⎰∞∞επ

当r > R 3时，

r

q q U dr

E dr E U r r 21014141+=⋅=⋅=⎰⎰∞

∞επ

三、实验任务

1． 选取相关参数，截图如下：

同心圆半径和电荷量：

各位置半径场强及电势能：

2、得到电场分布图和电势分布图：

电场分布图

电势能分布图