实验报告静电场的描绘
物理实验-静电场的描绘-实验报告.doc
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。
实验报告模板 静电场的描绘
实验报告模板静电场的描绘实验目的：通过实验观察和测量静电场的特征参数，掌握静电场的描绘方法及相关公式的应用。
实验器材：电场力计、电位计、电荷感应球、导线、放电针等。
实验原理：1. 静电场静电场是指存在电荷分布的区域内，空间各点都具有电场，这种电场不随时间而变化。
根据库仑定律，荷电体之间的相互作用力与它们之间的距离的平方成反比关系。
2. 电势差电势差是指电场中任意两点之间沿电场线所需要的能量，记作ΔV。
其单位是伏特(V)。
电场强度是指单位正电荷所受的电场力，记作E。
其单位是牛/库仑(N/C)。
根据库仑定律可得：E=k×q/r^2其中，k为库仑常数，q为电荷量，r为电荷所在点到观测点的距离。
Δφ=ΔV/q5. 等势面和电势线等势面是指电势相等的点所构成的曲面，同一等势面上的任意两点之间的电势差为0。
电势线是指场中的任意一点上的电场线平面与该点所在等势面所切成的线。
实验步骤：1. 利用导线，将荷电体上的电荷分布于三个带点法则规定的点上，并将电荷量记录在实验记录表中。
2. 将电位计放置在荷电体的各点上进行测量，并记录测量值。
3. 根据电位计测量所得数据，计算出各点的电势。
5. 用电场力计分别在三个带电点上测量强度，并计算出电量。
6. 利用电荷感应球对荷电体进行测量，确定荷电体的电势。
7. 利用放电针对荷电体释放电荷，再重新进行测量，以观察变化。
实验结果：通过实验我们可以得到荷电体三个带点的电势和电势差，进而计算出各点的电场强度，并得出荷电体的电量。
我们还使用电荷感应球对荷电体进行了测量，并观察到了放电针对荷电体释放电荷的变化，从而进一步了解了静电场的特征参数。
通过本次实验，我们掌握了静电场的描绘方法及相关公式的应用，了解了静电场的特征参数和测量方法。
实验结果表明，荷电体的电荷分布、电势、电势差和电场强度等能够较为精确地测量并计算出来，这为我们在实际应用中提供了有效的参考依据。
静电场的描绘实验报告
篇一：静电场的模拟与描绘实验报告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）、jdy型静电场描绘电源。
[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 e???u 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)???d??e???d?ds?0?????e?dl?0?b???uab??e?dl??a???j??e????j?ds????e?dl?b?uab????a?0?0??e?dl4、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e??2??0ra、b两电极间任一半径为r的柱面的电势为lnv?valnb ba（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va）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。
静电场的描绘实验报告范文
静电场的描绘实验报告范文一、什么是实验报告实验报告是把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来，经过整理，写成的书面汇报。
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静电场的描绘实验报告范文1【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。
3.用作图法处理数据。
【实验仪器】静电场描绘仪、静电场描绘仪信号源、导线、数字电压表、电极、同步探针、坐标纸等。
【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。
1、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E=-△U/△l;它们都遵守高斯定理:对静电场，电场强度在无源区域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。
实验报告静电场的描绘
电子信息与机电工程学院普通物理实验课实验报告_级物理(1) 班B 2组实验日期_姓名：____ 学号号老师评定____________________________ 实验题目：静电场的描绘实验目的：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，使被测电场产生显着的畸变。
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八E dS S 0 (2 -1)-■ E d ll0 (2 -2)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7 dS0 (2 -3)j d l 0 (2 -4)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，贝U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。
静电场的描绘实验总结
静电场的描绘实验总结引言：静电场是物理学中的基础概念，对于理解电荷相互作用、电场的分布以及电磁现象的发生具有重要意义。
为了能够准确地描绘静电场的特征和行为，科学家们进行了一系列实验探索。
本文将对静电场的描绘实验进行总结，并探讨实验过程中的发现和经验。
实验一：平行板电容器的电场分布在这个实验中，我们使用平行板电容器来观察和描绘静电场的分布。
首先，我们将两块平行金属板平行放置，然后通过电源连接两板上的正负极。
接下来，我们用一个带有电荷的小球靠近平行板电容器的表面，并用一个指针记录球的运动轨迹。
实验时，我们发现当球靠近放置正极的板时，由于电荷的相互作用，球会受到斥力，被推向负极的方向。
根据球的运动轨迹和所受力的大小，我们可以描绘出平行板电容器内部的电场分布图。
实验结果显示，电场强度在两板之间是均匀的，且从正极板指向负极板。
实验二：电场力线的可视化为了更直观地描绘静电场，我们使用了一种叫做“电场力线可视化”的实验方法。
在实验中，我们使用了电场感应仪，这是一种能够感应和测量电场强度的仪器。
首先，我们将一根金属丝连接到电场感应仪上，并将其放置在静电场中。
然后，我们移动感应仪，观察并记录仪器指针的变化。
通过连续移动感应仪，我们可以绘制出电场力线的分布。
实验结果显示，电场力线始终与等高线垂直，并且从正电荷指向负电荷。
这种可视化方法使我们更容易理解电场的分布和方向。
实验三：电场势能的变化通过测量电场势能的变化，我们可以了解静电场中电荷的势能分布情况。
在这个实验中，我们将一个带有电荷的小球从一个位置移动到另一个位置，并记录在不同位置时小球的电势差和电势能变化。
我们发现，当电球在电场中移动时，它的电势能会发生变化。
在静电场中，电场力做功将电球的势能从高处转移至低处，形成了势能差。
通过实验测量，我们可以绘制出电场势能随位置的变化曲线。
这种实验不仅反映了电场中电势能的分布，还对理解电荷移动和电场力产生的基本原理具有重要意义。
静电场的描绘实验报告(实用5篇)
静电场的描绘实验报告篇1一、实验目的1、能够正确运用系统分析的过程与方法，结合一个自选MIS项目，复习、巩固MIS分析的目的、MIS分析的内容、MIS分析方法和工具，提高系统分析实践能力。
2、熟悉业务流程图、数据流程图、数据字典的绘制。
3、熟悉Rational Rose工具的使用, 熟悉UML在MIS分析中的应用。
4、树立正确的系统分析思想，培养分析问题、解决问题的能力。
二、实验内容1、根据所述系统功能需求，开展实地调查或通过Internet查阅相关资料或结合个人经验，进行系统分析。
2、明确管理业务调查过程和方法，包括所选管理系统典型组织机构、管理功能及业务流程，优化并以图形建模。
3、明确数据流程的调查与分析过程，绘制数据流程图，编制数据字典。
4、学会使用RationalRose软件来进行系统分析，使用UML描述分析系统的用例图、概念类图、顺序图、合作图、活动图和状态图。
三、操作步骤系统分析静电场的描绘实验报告篇2一、实习目的1、学习焊接电路板的有关知识，熟练焊接的具体操作。
2、了解电子产品的生产制作过程；3、掌握电子元器件的识别及质量检验；，4、学习利用工艺工具独立进行电话机的装焊和调试，并达到产品的质量要求5、看懂电话机的安装图，了解电话机的基本原理，学会动手组装和焊接电话机。
6、通过对一台正规产品电话机^的安装焊接及调试，学会调试电话机，能够清晰接打电话。
7培养职业道德，和职业技能，培养工程实践观念及严谨细致一丝不苟的科学风。
二、实习内容1．元器件的识别对于此次电话机装配中所用到的所有元器件，如色环电阻、二极管、稳压管、三极管、瓷片电容、涤纶电容、电解电容、变压器、单片机及其他各种所用到的器件都应该能很好的识别。
2．元器件的插装元器件在焊接前，需要对其进行正确的插装，这一点是十分重要的，它关系到我们电话机组装成败与否。
对于器件的插装，要求我们能在正确识别元器件的基础上，认真，小心，对照元器件清单表，不漏插，不错插。
8实验八 静电场的描绘
（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
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电子信息与机电工程学院普通物理实验课实验报告
组实验日期
级物理(1) 班 B
2
姓名:学号号老师评定
实验题目：静电场的描绘
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，使被测电场产生显着的畸变。
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
⎰⎰=⋅S
d 0S E (2－1)
⎰=⋅l
d 0l E (2－2)
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
⎰⎰
=⋅S
d 0S j (2－3)
⎰
=⋅l
d 0l j (2－4)
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ρ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。
(2)如果产生静电场的带电体表面是等位面，则产生电流场的电极表面也应是等位面。
为此，可采用良导体做成电流场的电极，而用电阻率远大于电极电阻率的不良导体(如石墨粉、自来水或稀硫酸铜溶液等)充当导电质。
(3)电流场中的电极形状及分布，要与静电场中的带电导体形状及分布相似。
2．长直同轴圆柱面电极间的电场分布
如图2－1所示是长直同轴圆柱形电极的横截面图。
设内圆柱的半径为a ，电位为U a ，外圆环的内半径为b ，电位为U b ，则两极间电场中距离轴心为r 处的电位U r 可表示为
⎰
-
=r
a
a r Edr U U (2－5)
又根据高斯定理，则圆柱内r 点的场强
图2－
1
E ＝K ／r (当a ＜r ＜b 时) (2－6)
式中K 由圆柱体上线电荷密度决定。
将(2－6)代入(2－5)式
a
r
K U dr r K U U a r
a
a r ln -=-=⎰
(2－7) 在r ＝b 处应有
所以
)
ln(a b U U K b a -=
(2－8) 如果取U a ＝U 0，U b ＝0，将(2－8)式代入(2－7)式，得到
)
ln()(ln 0
a b r b U U r = (2－9)
式(2－9)表明，两圆柱面间的等位面是同轴的圆柱面。
用模拟法可以验证这一理论计算的结果。
当电极接上交流电时，产生交流电场的瞬时值是随时间变化的，但交流电压的有效值与直流电压是等效的，所以在交流电场中用交流毫伏表测
量有效值的等位线与在直流电场中测量同值的等位线，其效果和位置完全相同。
首先按右图的电路图连接电路
一、二共轴无限长均匀带电圆柱体间等势线分布的模拟。
1、按图连接电路，注意仪器上红接线柱代表正端。
2、把圆柱形电极板插入描迹仪下电极座中。
3、将坐标纸置于上层载纸板上压紧 (不允许有松动)。
4、将下探针与电极板上的电极接通，调节二电极间电压
U a =U
=10V, U
b
=0V。
5、右手平稳地移动探针座。
观察电表，分别找出与二极间电
压相应为 2、4、6、8伏的四条等势线，每条等势线最少
均匀地描出8个等势点
6、取下坐标纸，将电势值相同的点连成光滑的曲线。
二、取下圆柱体电极板，换上两平行长直圆柱体电极(相当于模
拟两个点电荷的电场)进行等势线描绘，步骤同上。
三、把所有等势线描绘好后，按课本48页标题2的内容算出圆柱形电极板的极A和极B的
方法如下：
1. 用游标卡尺测出圆柱形电极板各等势线的半径及算出lnr 和U/U 0。
等势线半径单位为（mm ）
2、以x =(U/U 0)为横坐标，y=(lnr)为纵坐标作图，得出一条直线，如果把U a =U 0，U b =0，代
入49页的b a a b r b a a b b a U U r r U U U r U r U r -⎪⎪⎭⎫
⎝⎛---=ln ln ln ln (4-6)，则有，⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=a b r r r U U r r ln ln ln 0式中U r 为实验中测出的等势线的平均半径，U 0为a 、b 两极间电势，因此得知lnr b 为直线的截矩，ln(r a /r b )为直线斜率，从图看出截矩lnr b =3.91 ， 斜率ln(r a /r b )=
300.21
.07.068
.330.2-=--，
经计算得： r b =49.90mm ，r a /r b =0.1003，r a = 5.003mm
四、用游标卡尺直接测量圆柱形电容器的极半径，把测量结果与计算结果作比较，以判断
你做的实验的准确程度，并分析其产生误差的原因。
本实验结果非常准
确，通过等势线测量半径
计算出的两极半径实际测
量的两极半径非常接近，
产生误差的主要与以下几
方面原因有关1.电源电压
不稳定，2.电压表与检流
计的灵敏度，3.圆心选取
不能准确，4. 等势线半径测量产生误差。
思考题：(要求通过实验研究再回答以下问题)
1、1、如果二电极间电压U增强一倍，等位线，电力线的形状是否会变化？
电压U增强一倍，即相当于静电场点电荷的电量增大一倍，这时静电场中电场强度会加大，等位线、电力线会变得密点。
但等位线、电力线的形状都不会变化。
2、如果将二电极间电压极性变换，所作等位线是否变化？
如果把极性变换，即相当于静电场中心，由正电荷变成负电荷，或是由负电荷换成正电荷，这时电力线的方向与原来的方向相反。
同一电势值的等位线会移到另外一个位置，等位线的电压降方向改变。
所以所作的等位线应有所变化。
3、如果在描绘圆柱型电容器的等势线时，所用的电压表为1.5级(即ΔU/U
m =0.015，U
m
为量
程电压值)，若ΔR
A 和ΔR
B
很小，可以略去，求：各种电势等势线的半径相对不确定度。