实验报告4-用电流场模拟静电场样本
大学物理实验用电流场模拟静电场
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5
（1）为什么要采用模拟法求解：
直接测量或描绘静电场是很困难的，主要的因素有:
1、测量仪器只能采用静电式仪表，而一般用的磁 电式仪表要有电流才会有反应，而静电场不会有电流， 自然不能起作用。
2、任何磁电仪表的内阻均远小于空气或真空电阻， 在静电场中引入电表要引起电场的畸变，使得测量毫无 意义。 若要减小测量仪器对原有静电场的影响只能采 用电量很小的试探电荷，这对测量仪器灵敏度就必须提 出很高的要求。
•1 r
a
.
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2、 测量步骤
（1）: 按前叙接线图，接好电源与 电极架上待测电极之间的连线。
（2）：打开电源开 关，将“电表指示” 开关拨向“校正”档， 调节“电压调节”旋 钮使电压表指示为所 需电压值(如10V)
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15
（3）：将“电表指示” 开关拨向“测量”档； 将探针伸入电极架并 与电极板的导电玻璃 接触，此时电表应有 读数。探针与低电势 电极接触，读数为零。 探针与高电势电极接 触，读数与“电表指 示”开关拨向“校正” 档时相同(如10V) 。
模拟法是依据与欲探测的物理状态（或过程）有 相同的数学方程和边界条件的另一个便于测量的物理 状态（或过程）来求得。
模拟法作为科学研究中的一种最基础的方法，得 到广泛的应用。
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2
一、实 验 目 的
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3
1、加深对电场强度和电位 概念的理解.
2、学习用模拟法测绘静电 场的原理和方法。
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4
二、实 验 原 理
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22
等位线
电力线
+ 10V
聚焦电极的电场分布
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用电流场模拟静电场
¿ 电磁学系列 12
大学物理实验：用电流场模拟静电场
2．清朝黄遵宪曾作诗曰：“钟声一及时，顷刻不少留。虽
有万钧柁，动如绕指柔。”这是在描写
()
A．电话
B．汽车
C．电报
D．火车
解析：从“万钧柁”“动如绕指柔”可推断为火车。
答案：D
[典题例析]
[例1] 上海世博会曾吸引了大批海内外人士利用各种
交通工具前往参观。然而在19世纪七十年代，江苏沿江
居民到上海，最有可能乘坐的交通工具是
时
代潮流
图说历史
主旨句归纳
(1)20世纪初，孙中山提出“民族、民权、
民生”三民主义，成为以后辛亥革命
筹办航空事宜
处
三、从驿传到邮政 1．邮政 (1)初办邮政： 1896年成立“大清邮政局”，此后又设 ， 邮传邮正传式部脱离海关。 (2)进一步发展：1913年，北洋政府宣布裁撤全部驿站； 1920年，中国首次参加 万国。邮联大会
2．电讯 (1)开端：1877年，福建巡抚在 架台设湾第一条电报线，成为中国自 办电报的开端。
K
2 0
ln rr
是一常数，按本实验的边界条件,等
于：K Ua
ln b ln a
0
U
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用其替代实验中的真 值。
历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯 的变化资料
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[自读教材·填要点]
一、铁路，更多的铁路 1．地位 铁路是 交通建运设输的重点，便于国计民生，成为国民经济 发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山 至开胥平各庄铁 路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。
r
Ur Ua a E dr
由高斯定理：
E
2 0r
大学物理实验用电流场模拟静电场
于： K Ua
lnblna
U r 用其替代实验中的真值。
0
数据表： b=
a=
n Vr(v) 1
23
4
56
7
89
r1
r2
r3
r4
r5
r6
r7
r8
（2）描绘聚焦电极的电场分布( 选做）
利用图所示模拟模型，测绘阴极射线示波管内聚 焦电极间的电场分布。 要求测出7—9条等位 线，相邻等位线间的 电位差为1伏。该场 为非均匀电场，等位 线是一蔟互不相交的 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。实验过程省略。
3、同轴圆柱间等位线与电力线的分布
rb ra rr
（1）数据处理与误差分析
Ur
U0
lnrb rr
lnrb ra
lnrr lnrrbaU10Urlnrb
结果可知 ln rr 与 U r 有如同以下图形的线性关
系其斜率 ln rb 1 正好是 1 ，其中 K
ra U 0
K
2 0
ln rr
是一常数，按本实验的边界条件,等
（4）：在电极架板上的适当位置压上白纸，测绘不同 电势数值的等势线。移动探针座，让上下探针在电极板 上缓慢移动，同时注意电压表读数。当读数达到所需电 势值时，按下探针，在描图纸上确定一个点。按同样的 方法得到与这一电势值对应的一系列等电势点，连接这 些等势点就构成了一条等势线。
点击下图观看操作过程
4、有相同的边界条件，电流场中电流线与静电场 中电力线形状相同。
（3）模拟条件：
1、需要建立一个均匀分布导电 物质的平面空间。
模拟电场手工实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解电场的基本概念，包括电场强度、电势和电力线等。
2. 掌握用模拟法描绘和研究静电场的方法。
3. 通过实验加深对电场强度和电势等基本概念的理解。
二、实验原理静电场是由电荷分布决定的。
在给定区域内的电荷分布、介质分布及边界条件确定后，可根据库仑定律和边界条件来求得电场分布。
然而，大多数情况下，解析解难以求得，因此需要通过数字解法或实验方法来测出电场分布。
在实验中，我们采用模拟法来描绘和研究静电场。
模拟法的基本思想是：通过构造一个模拟场（称为模拟场），使其分布与静电场的分布完全一样，当用探针去探测电势分布时，不会使电场分布发生畸变，从而实现静电场的模拟。
三、实验仪器1. 导电液体式电场描绘仪2. 同轴电极3. 平行板电极4. 白纸（自备）5. 电势计6. 电源7. 电阻8. 导线9. 毫米刻度尺四、实验步骤1. 准备实验装置：将同轴电极和平行板电极固定在导电液体式电场描绘仪上，连接电源、电阻和导线。
2. 开启电源，调整电压，使电场强度适中。
3. 在白纸上标出电极的位置，并用毫米刻度尺测量电极间距。
4. 在导电液体中放入电势计，调整电势计的位置，使电势计的读数与电极上的电势相等。
5. 在白纸上用铅笔画出电势计所在位置，记录电势计的读数。
6. 重复步骤4和5，在白纸上画出多个电势计的位置和读数。
7. 根据电势计的读数，在白纸上用虚线画出等势线。
8. 根据等势线的分布，用实线画出电力线。
9. 分析电场强度和电势的分布规律，并与理论值进行比较。
五、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验，我们得到了同轴电极和平行板电极之间的静电场分布图。
从图中可以看出，电场强度在电极附近较大，随着距离的增加逐渐减小。
电势在电极附近较大，随着距离的增加逐渐减小。
2. 分析：根据实验结果，我们可以得出以下结论：（1）在静电场中，电场强度和电势都随着距离的增加而减小。
（2）在电极附近，电场强度和电势较大，随着距离的增加逐渐减小。
大学物理实验模拟静电场实验报告
大学物理实验模拟静电场实验报告一、实验目的1、学习用模拟法测绘静电场的分布。
2、加深对静电场概念和电场强度、电势等物理量的理解。
二、实验原理1、静电场的描述静电场是由静止电荷所产生的一种特殊物质形态，其基本特征是对放入其中的电荷有力的作用。
电场强度E 是描述电场力性质的物理量，定义为单位正电荷在电场中所受的力；电势 V 是描述电场能性质的物理量，某点的电势等于单位正电荷从该点移至电势零点时电场力所做的功。
2、模拟法测绘静电场直接测量静电场的分布是很困难的，因为静电场中没有电流，一般的磁电式仪表不起作用，而且测量探头的引入会导致原静电场的分布发生改变。
模拟法是在一定条件下，用一种易于实现、便于测量的物理场来模拟另一种不易测量的物理场。
本实验用稳恒电流场来模拟静电场。
对于静电场，其场强分布满足高斯定理和环路定理。
对于稳恒电流场，其电流分布也满足类似的规律。
在两种场中，若电极的形状、相对位置和电导率分布相同，且边界条件一致，则它们的场分布相同。
3、同轴圆柱面间静电场的分布设圆柱形电极 A 的半径为 ra，电位为 Va，圆柱形电极 B 的半径为rb（rb ＞ ra），电位为 Vb（通常接地，Vb ＝ 0），则在两电极间的空间，电场中距离轴线为 r 处的电势为：＼ V ＝ V_a ＼frac{＼ln(r ／ r_a)｝｛＼ln(r_b ／ r_a)｝＼电场强度为：＼ E ＝＼frac{dV}｛dr} ＝＼frac{V_a}｛r ＼ln(r_b ／ r_a)｝＼三、实验仪器静电场描绘仪、直流稳压电源、电压表、坐标纸、导电纸、探针等。
四、实验内容及步骤1、连接电路将静电场描绘仪与直流稳压电源连接好，确保电路连接正确无误。
2、安放电极将圆柱形电极 A 和 B 安放在静电场描绘仪的相应位置上。
3、铺设导电纸在电极上铺上导电纸，使其与电极良好接触。
4、测量电势用探针在导电纸上选取若干个点，测量这些点的电势，并记录下来。
用稳恒电流模拟静电场实验报告
用稳恒电流模拟静电场实验报告用稳恒电流模拟静电场实验报告引言：静电场是物理学中的一个重要概念，它在我们的日常生活中无处不在。
为了更好地理解静电场的特性和行为，我们进行了一项实验，使用稳恒电流来模拟静电场。
本报告将详细介绍实验的目的、方法、结果和讨论。
实验目的：本实验的目的是通过使用稳恒电流模拟静电场，观察电流在导体表面的分布情况，并验证静电场的基本特性。
实验方法：1. 准备材料：一块导电板、一台稳恒电流源、导线等。
2. 将导电板放置在一个平整的表面上，并确保其与地面保持良好的接触。
3. 将稳恒电流源与导电板连接，确保电流源的输出电流稳定。
4. 打开电流源，调节输出电流至所需数值。
5. 使用导线将导电板上的不同位置连接起来，以形成一个闭合回路。
6. 使用电流表测量导线上不同位置的电流强度。
实验结果：在实验过程中，我们观察到导线上的电流分布情况。
在导线的中心位置，电流强度最大，逐渐向两侧减小。
这与静电场中电场强度的分布类似，即电场强度在电荷周围最大，随着距离的增加逐渐减小。
这个实验结果验证了稳恒电流可以模拟静电场的特性。
讨论：通过本次实验，我们可以得出一些结论和讨论。
首先，稳恒电流模拟静电场是可行的，我们可以通过观察电流分布来了解静电场的特性。
其次，实验结果与理论预期相符，这进一步验证了静电场的基本特性。
此外，我们还可以通过改变导线的形状、大小和材料等因素来研究静电场的不同特性。
这些研究对于深入理解静电场的行为和应用具有重要意义。
实验的局限性：然而，本实验也存在一些局限性。
首先，我们使用的是稳恒电流源模拟静电场，而真实的静电场往往是由静电荷产生的。
因此，实验结果与真实静电场的行为可能存在一定的差异。
其次，我们的实验只涉及了导线上的电流分布情况，对于其他形状的导体或非导体的静电场行为尚未涉及。
未来的研究可以进一步扩展实验的范围，以更全面地理解静电场的特性。
结论：通过使用稳恒电流模拟静电场的实验，我们验证了电流在导体表面的分布情况与静电场的特性相似。
静电场绘测实验报告
用电流场模拟静电场一、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概念的理解。
3.能在坐标纸上准确描绘同轴电缆的静电场分布。
4.理解并掌握“模拟法”间接测绘静电场的理论依据。
二、实验原理静电场和稳恒电流场虽是两个截然不同的电场，但可以用稳恒电流场中的电位分布来模拟静电场的电位分布。
对于均匀带电的长直同轴柱面的静电场可以用圆片形金属电极A和圆环金属电极 B所形成的电流场来描绘。
图1同轴电缆的静电场图2同轴电缆的电流场下面比较两种场半径为r处的电势的表达式：1.静电场2πετ=E r R n dr l d E V R r000220πετπετ=⋅=⋅=⎰⎰设内圆柱与同轴柱面间的电势为0V ，则0000220r R n dr V R r πετπετ=⋅=⎰r R nr R n V V 000 ⋅= （1）2.稳恒电流场设任意处的电流密度为j ，电阻率为ρ，则该处场强. rtIj E πρρ2==（其中t 为电纸厚度） rR n t I r dr t I d E V R r 0'220 πρπρ===⎰⎰ 设加在A 、B 两极间的电势差为'0V ，则 00'02200r R n t I r dr t I V R r πρπρ==⎰则r R n r R n V V 0000 ⋅'= （2）比较（1），（2）两式可知，在离开圆心r 处两场电势有完全相同的表达式。
故可用稳恒电流场模拟静电场。
三、实验仪器EQC-2型双层式静电场测绘仪一套，直流稳压电源(10V ，1A)，电压表四、实验步骤1. 将导电玻璃上内外两电极分别与直流稳压电源的正负极相连接，电压表正负极分别与同步探针及电源负极相连接。
调节电源电压到10.0V 。
2. 移动同步探针测绘同轴电缆的等位线簇。
相邻两等位线间的电位差为1伏，共测八条等位线，每条等位线测定出八个均匀分布的点。
3. 以每条等位线上各点到原点的平均距离为半径画出等位线的同心圆簇。
用电流场描绘静电场实验报告
⽤电流场描绘静电场实验报告⽤电流场模拟静电场【实验⽬的】1.模拟⽅法来测绘具有相同数学形式的物理场。
2.分布曲线及场量的分布特点。
3.深对各物理场概念的理解。
4.步学会⽤模拟法测量和研究⼆位静电场。
【实验仪器】GVZ-3 型导电微晶静电场描绘仪【实验原理】模拟法本质上使⽤⼀种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的状态和过程，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，对⼀些物理场的研究主要采⽤物理模拟（物理模拟就是保持同⼀物理本质的模拟），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。
两个不同本质的物理场如果描述他们的微分⽅程和边界条件相同，则他们的解是⼀⼀对应的，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。
由于稳衡电流场易于实现测量，所以就⽤稳衡电流场来模拟与其具有相同数学形式的其他物理场。
我们还要明确，模拟法是实验和测量难以直接进⾏，尤其是在理论难以计算时，采⽤的⼀种⽅法，它在⼯程设计中有着⼴泛的应⽤。
(⼀)模拟长同轴圆柱形电缆的静电场稳恒电流场与静电场是两种不同性质的场，但是他们两者在⼀定条件下具有相似的空间分布，即两种遵守规律在形式上相似，都可以引⼊电位U ,电场强度U -?=E ，都遵守⾼斯定律。
对于静电场，电场强度在⽆源区域内满⾜以下积分关系=SdS E 0 ?=?Ldl E 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： ?=?sdS j 0 ?=?Ldl j 0由此可见 E 和 j 在各⾃区域中满⾜同样的数学规律。
在相同边界条件下，具有相同的解析解。
因此，我们可以⽤稳恒电流场来模拟静电场。
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用电流场模拟静电场
一、实验目的
1．学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场。
2．描绘出分布曲线及场量的分布特点。
3．加深对各物理场概念的理解。
4．初步学会用模拟法测量和研究二维静电场。
二、实验原理
1．用稳恒电流场模拟静电场
静电场是真空中静止的电荷产生的电场，静电场用空间各点的电场强度E 和电位V 来描述。
使用等位面和电场线的概念可以使电场的描述形象化。
直接测量静电场是很困难的，而稳恒电流场与静电场在是本质上不同的，但在一定条件下导电介质中稳恒电流场与静电场的描述具有类似的数学方程，因而可以用稳恒电流场来模拟静电场。
对静电场，在无源区域内有：⎰=•s
dS E 0，⎰=•l
dl E 0
对稳恒电流场，在无源区域内有：⎰=•s
dS j 0，⎰=•l
dL j 0
2．同轴电缆的电场分布及同轴圆柱面电极间的电流分布.
在真空中有一个半径为r 1=a 的长圆柱体A （A 是导体）和一个半径为 r 2 =b 的长圆筒导体B ，它们中心轴重合，带等量异号电荷，则在两个电场间产生静电场。
由静电场知识可得距轴r 处的电位为
a
b
r b
U U r ln
ln
= 则r a b U E 1ln 0⋅=
由稳恒电流知识可得a
b
r b
U U r ln
ln
0=' r a b U E r 1
ln 0⋅='
三、实验仪器
GVZ-3型导电微晶静电场描绘仪（包括导电微晶，双层固定支架，同步探针等） 四、实验内容
1. 连接电路,将电压校正为10.00V .
2. 从1V 开始,平移探针，由导电线微晶上方的探针找到等位点后，按一下记录纸上方的探针，
测出一系列等位点，用相同方法分别描绘出四种不同形状电极的等位线图（7~8条）。
3. 描绘同同轴电缆的静电场分布。
以每条等位线上各点到原点的平均距离r 为半径画出等位
线的同心圆簇。
现出电场线，指出电场强度方向，得到电场分布图。
4. 描绘同其它三种不同形状电极的静电场分布。
五、注意事项
1． 测量过程中要保持两电极间的电压不变。
2． 实验时上下探针应保持在同一铅垂线上，否则会使图形失真。
3．记录纸应保持平整，测量时不能移动。
4．数据要保留到小数点后一位，且lnr小数后的位数与真数的位数相同。
U曲线坐标轴的选取（lnr是y轴）。
实
六、数据处理
1．描绘同轴电缆的静电场分布如图1
2．
U=10.00V，a=0.50cm，b=7.50cm
作lnr-实U 图得到一条直线，验证了
lnr=lnb-0
)
a ln(U b
U r 。
根据软件分析得到此直线的表达式是Y=2.0537-0.3007X ，令X=0时得到r b =7.80cm ，令X=10时，得到r a =0.386cm ，定值a=0.5cm ，b=7.5cm 。
0.3860.522.8%0.5a E -==，7.807.5
4.0%7.5
b E -==
七、思考题:
1 方场强小，等位线疏的地方场强大。
U 实（V ）
lnr
Lnr-U 实图
2．从实验结果能否说明电极的电导率远大于导电介质的电导率？如不满足这条件会出现什么现象？
答：从实验结果说明电极的电导率远大于导电介质的电导率。
如不满足这条件，如对于同轴电缆，实验得到的等位线将是不规则的。
3．在描绘同轴电缆的等位线簇中时，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？
答：确定同心圆簇的圆心，可在圆周边任取三个点，根据几何知识，该三角形的两条边的垂直平分线的交点为圆心。
4、如果把实验时的电源电压增大一倍，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？
答：电源电压增大一倍描绘得出的静电场图线与原来用10V电源时的图线形状是相同的。
只是各等位线的位置有所变化，如1V等位线的半径变大了。