大学物理实验小论文
大学物理实验论文(5篇)

大学物理实验论文(5篇)高校物理试验论文(5篇)高校物理试验论文范文第1篇物理学是一门试验科学,物理试验是物理学进展的基础。
也可以说是“系统工程”,它集力、热、声、光、电于一体。
高校物理试验作为一门独立设制的课程,是同学动手、观看、制造思维、处理数据、总结写作等综合力量提高的过程,有着其他课程不行替代的作用。
因此不能教条学习,只是简洁地照猫画虎,测几组数据。
应使知其然,还能举一反三,循序渐进。
要在全学年试验中,致使综合力量有全面“质”的飞跃。
只有这样才能真正起到熬炼实效,这就要求试验老师在每个试验过程中乐观引导同学的学习欲望。
2利用物理学史激发同学的爱好光学是讨论客观世界中有关光现象规律的一门学科,通过大量历史资料和出土文物的分析讨论,充分证明我国古代光学在世界科学技术史中的重要贡献。
当时物理学领域内成就最大的是墨家,它是由鲁国的墨翟(公元前480~39年)和他的弟子等所创立。
《墨经》是墨家的集体创作成果,它比古希腊欧几里得(公元前330~275年)“光学”还早百余年,不仅是中国光学的先驱,在世界光学史中也占据先的地位。
《墨经》对光的直进律,做出了精辟的记载,认为从物体上发出来的光线,似乎箭矢一样(“光之人,照若射”),通过精细的观看试验发觉,当两个光源同时照一物,产生本影和半影,还给投影下了一个科学定义:光有所遮挡的地方就是影。
墨家依据光的直进律,制成了世界上最早的针孔照相机。
在十一、十二世纪间,我国科学家郭守敬依据光学原理制成了各种天文仪器,观测天象,取得了丰硕成果[4]。
在教学中我们感到,上试验课缺少足够的时间,应当将试验仪器的一些改进通过演示,使同学明白其有用与便捷。
而我们只能见缝插针,简洁叙述。
例如:在薄透镜测焦距的试验中,以前成像的像屏用的是一个喷漆薄铁片。
共轭法测焦距,要求同学们在观看到大小两个像,我们说这叫“大像追小像”,追的结果是看两像的中心是否重合,这一步是用成像的方法(细调)验证粗调是否调好了,是否“同轴等高”。
大学物理20xx字论文

大学物理20xx字论文篇一:大学物理下小论文浅谈电磁感应在生活中的应用班号:姓名:学号:摘要:电磁学已成为物理学的一个重要分支,是研究电磁运动基本规律的学科。
电磁学理论的发展不仅是电工学、无线电电子学、电子计算机技术及其他新科学、新技术发展的理论依据,而且也与人们的日常生活和生产技术有着十分密切的关系。
关键词:电磁感应,电磁炉,电磁炮正文:电磁学从原来互相独立的两门学科——电学、磁学,发展成为物理学中一个完整的分支学科,主要是基于两个重要的实验发现,即1820年丹麦物理学家奥斯特发现的电流的磁效应和1831年英国物理学家法拉第发现的电磁感应现象。
这两个实验现象,以及1865年英国物理学家麦克斯韦提出的感应电场和位移电流的的假说,奠定了电磁学的整个理论体系。
如今,电磁学已成为物理学的一个重要分支,是研究电磁运动基本规律的学科。
电磁学理论的发展不仅是电工学、无线电电子学、电子计算机技术及其他新科学、新技术发展的理论依据,而且也与人们的日常生活和生产技术有着十分密切的关系,下面举例说明电磁学在生活中应用。
先来谈谈电磁炉。
随着生活水平的提升,人们对安全卫生的炊事用具逐渐接受,电磁炉也进入千家万户。
电磁炉是现代厨房革命的产物,它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生,因此热效率得到了极大的提高。
电磁炉的功率一般在700~1800W之间,它的结构主要由外壳、高级耐热晶化陶瓷板、PAN 电磁线盘、加热电路板、控制电路板、显示电路板、风扇组件及电源等组成。
电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具。
使用时,加热线圈中通入交变电流,线圈周围便产生交变磁场,交变磁场的磁力线大部分通过金属锅体,在锅底中产生大量涡流,从而产生烹饪所需的热。
在电磁炉内部,由整流电路将50Hz的交流电压变成直流电压,再经过控制电路将直流电压转换成频率为15~40kHz 的高频电压,高速变化的电流流过扁平空心螺旋状的感应加热线圈(励磁线圈),线圈会产生高频交变磁场。
趣味物理实验报告论文(3篇)

第1篇摘要:物理实验是物理学学习的重要环节,它不仅能够帮助学生理解抽象的物理概念,还能激发学生的学习兴趣。
本文将介绍一项趣味物理实验——利用空气压力制作简易喷泉,通过实验探究空气压力与水流喷射的关系。
实验过程中,学生将亲身体验科学的魅力,培养动手能力和科学思维。
关键词:趣味物理实验;空气压力;喷泉;科学思维一、引言物理学是一门研究自然界物质和能量运动规律的自然科学。
物理实验是物理学学习的重要手段,它有助于学生将抽象的物理概念转化为具体的、可感知的现象。
为了提高学生的学习兴趣,本文设计了一项趣味物理实验——利用空气压力制作简易喷泉。
二、实验目的1. 理解空气压力的概念及其在生活中的应用。
2. 探究空气压力与水流喷射的关系。
3. 培养学生的动手能力和科学思维。
三、实验原理喷泉的制作原理是利用大气压力将水从喷泉口喷出。
当喷泉口被水填满时,大气压力作用于水面,将水压入喷泉管内。
当喷泉管内的水位达到一定高度时,水从喷泉口喷出,形成喷泉。
四、实验材料与工具1. 空塑料瓶(容量约500ml)2. 针或尖锐物3. 热熔胶枪4. 水泵(可选)5. 热水6. 透明胶带五、实验步骤1. 将空塑料瓶的底部用针或尖锐物扎一个小孔,孔径约为1cm。
2. 将扎孔的塑料瓶装满水,用透明胶带封住瓶口。
3. 将塑料瓶倒置,使孔口朝下,将瓶口放在一个接水容器上。
4. 用热水加热塑料瓶,使其变软。
5. 将加热后的塑料瓶迅速倒置,用热熔胶枪将瓶口与接水容器粘合。
6. 关闭热水,等待塑料瓶冷却,形成密封的喷泉。
7. 当塑料瓶内的水被抽空后,大气压力将水从喷泉口喷出,形成喷泉。
六、实验结果与分析通过实验,我们可以观察到,当塑料瓶内的水被抽空后,大气压力将水从喷泉口喷出,形成喷泉。
这表明空气压力对水流喷射有显著影响。
七、实验总结与反思本次实验利用空气压力制作简易喷泉,使学生亲身体验了科学原理在生活中的应用。
通过实验,学生不仅掌握了空气压力的概念,还学会了如何将理论知识应用于实践。
大学物理小论文

大学物理小论文大学物理小论文导语:充分利用新课程理念在物理教学中的指导作用,从学生的发展出发,以下是小编为大家整理的大学物理小论文,欢迎大家阅读与借鉴!大学物理小论文(1)新课程改革给中学物理教学带来了教学方式与学习方式的可喜变化,给课堂教学注入了新的生机与活力。
作为教师,我们就要深刻理解新课程理念的精神实质,灵活运用“自主、合作、探究”的学习方式,搞好“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维目标的有效整合,提高驾驭新课堂的教学能力。
那么,怎样才能深入推进新课程改革,落实新课程理念,构建和谐高效课堂,提高课堂效率与教学质量?下面结合笔者在中学物理教学工作中的探索与实践,谈淡笔者的思考与认识:一、营造民主和谐的课堂氛围,增强师生互动的有效性首先,教师有一个良好的情绪状态。
课堂教学中教师的情绪应该是愉快的,精神是饱满的。
人们常说“亲其师,信其道”,一旦学生感到教师的可亲可敬,教师的话就很容易被他们接受,师生间容易擦出理解信任的火花。
教师的情绪和精神极易感染学生,当教师由于种种原因烦躁不安地走进教室,打开书本进行教学或操作实验时,学生会感到压抑,从而使得心理闭锁,阻碍了新信息的输入。
而当教师面带微笑,怀着喜悦的心情进入课堂教学时,学生会倍感亲切,快乐之情油然而生。
以教师自己的快乐情绪来影响和引发学生的快乐情绪,会使学生思维活跃,更有效地接受信息的输入。
其次,加强对教学内容的情感处理。
教师对教学内容的讲解不死板,善于创设各种情景,以唤起学生情感的共鸣。
例如《物理》“机械运动”一节内容比较平淡,几个基本概念显得抽象、分散,学生听课容易厌倦。
笔者在教学中采用了诗词引入法:“两只黄鹂鸣翠柳,一行白鹭上青天”“飞流直下三千尺,疑是银河落九天”,再配上动画效果,使学生在诗情画意中体验到自然界是运动的,运动是美丽的。
然后笔者又创设情景:“今天,老师和你们一起去旅行,让我们在从郑州到北京的旅途中来学习几个物理量。
物理实验设计论文(5篇)

物理实验设计论文(5篇)物理试验设计论文(5篇)物理试验设计论文范文第1篇一、试验设计教学的必要性1996年上海高考第四(5)题要求测定陶瓷管上匀称电阻膜的厚度,就属于设计型试验.但由于题目给出了全部试验器材和全部相关量,使试验定位在电阻或电阻率的测定上,又大大降低了试验难度,只属于局部设计型试验.无论命题者出于何种考虑,设计型试验究竟半遮半掩地消失了,这多少给教学工提了个醒.1.从小处着眼,加强试验设计教学上海作为高考改革的试点城市,其胜利的改革将为全国高考供应可能的改革方向,甚至一些新奇的题型和情境,都可能为全国高考所借鉴.如1996年全国高考第21题就是从1995年上海高考第一(5)题脱胎而来的.无疑上海高考关于试验设计的考查是又一个胜利的改革举措,极有在全国推广的价值.而物理《考试说明》中要求“会用在这些试验中学过的试验方法”,也为试验设计的考查在全国的推广供应了可能.2.从大处着眼,加强试验设计教学闻名核物理学家钱三强先生在为郭奕玲、沈慧君编著的《物理学史》所作的序中,曾严峻指出:“今日我们科学界有一个弱点,这就是思想不很活泼,这或许跟大家过去受的教育有肯定关系……”我们经常教育同学“应当……”“必需……”;我们的考试题目经常不惜笔墨描述背景、附加条件,最终只有一个小小的空格“是……”.这样培育选的人才在学校是好同学,步入社会是好职员,大脑中只是机械地跳动着两个问题:“你要我做什么?你要我怎么做?”工作经常:“完成”的相当美丽,但思想僵化,毫无创见.这正是我们的悲伤!长期以来的这种教育选拔模式,致使我们现在仍只能在很羞怯地提到几个美籍华人时才有一种借来的荣光与骄傲!思想不活跃,是由于我们给了同学太多的“必需”的限制;思想僵化,是由于我们留给同学太少的“可能”的余地.试验设计的教学,正是活跃思想,培育力量的一种好方法,授以试验的基本方法,让同学自己去考虑有哪些可能的做法,自己会怎么做.二、试验设计的基本方法1.明确目的,广泛联系题目或课题要求测定什么物理量,或要求验证、探究什么规律,这是试验的目的,是试验设计的动身点.试验目的明确后,应用所学学问,广泛联系,看看该物理量或物理规律在哪些内容中消失过,与哪些物理现象有关,与哪些物理量有直接的联系.对于测量型试验,被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示;对于验证型试验,在相应的物理现象中,怎样的定量关系成立,才能达到验证规律的目的;对于探究型试验,在相应的物理现象中,涉及哪些物理量……这些都是应首先分析的.举例来说,要测定地球表面四周的重力加速度,我们就应检索:在所学学问范围内,哪些内容涉及到重力加速度,它与其他物理量有何定量关系,并一一排列出来:(1)在静力学中,静止物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力大小就等于重力,即T=N=mg.若T(或N)和m能测出,则重力加速度g可测定.(2)在超重或失重(但不完全失重)系统中,F-mg=±ma.若F、a 和m可测出,则重力加速度g可测定.(3)在运动学中,物体从光滑斜面上由静止下滑,s=12gsinθt2.若s、θ和t可测定,则重力加速度g也可测定.(4)在运动学中,物体从粗糙斜面上由静止下滑,s=12(gsinθ-μgcosθ)t2.若s、θ、μ和t可测,则重力加速度g也可测定.(5)自由落体运动中,h=12gt2.若h和t可测出,则重力加速度g 也可测定.(6)用重力加速度测定仪测定.(7)在平抛运动中,竖直方向在连续相等的时间内位移之差Δy=gt2.若Δy和t可测,重力加速度g同样可以测出.(8)在斜抛运动中,水平射程可以表示为x=v02sin2θ/g.若x、v0和θ可测出,则重力加速度g也可测出.(9)单摆做简谐振动时,其周期可以表示为T=2πl/g.若T和l可测,则g可测.(10)在焦耳测定热功当量的试验中,若能测出水的质量和上升的温度,算出水增加的内能,再测出重物的质量和下落的高度,同样可测定重力加速度.(11)带电粒子在的匀强电场平行板电容器中平衡时,mg=qU/d.若U、d和带电粒子的荷质比(q/m)可测定,则g可测出.(12)假设一物体在地球表面四周绕地球做圆周运动,mg=GMm/R2,g =GM/R2.…………2.选择方案,简便精确对于每一个试验目标,都可能存在多条思路、多种方案.教材中关于某个试验目标的试验方案,也只是众多方案中的一种,而且不肯定是最好的一种,而只是较可行的一种.那么在众多试验方案中,我们应如何选择呢?一般来说,选择试验方案主要有三条原则:(1)简便性原则即要求所选方案原理简洁、操作简便,各量易测.应尽量避开实施那些原理简单、操作繁琐和被测量不易直接测量的试验方案.(2)可行性原则试验方案的实施要平安牢靠,不会对人身和器材造成危害;所需装置和器材要易于置备,不能脱离实际,不能超消失有条件.(3)精确性原则不同的试验方案,其试验原理、所用仪器以及试验重复性等方面所引入的误差是不同的.在选择方案时,应对各种可能的方案进行初步的误差分析,尽可能选用精确度高的试验方案.以上三原则通常要综合考虑.在前述方案中,方案(1)中常用的测力计误差较大;(2)中F和a均不易测定;(3)中θ和t不易测定且难以保证斜面足够光滑;(4)中θ、t和μ均不易测定;(5)中若用秒表计时人为因素较大,若用打点计时器计时,纸带受振针阻力与通常小物块所受重力相比不能忽视;(6)中仪器先进但一般中学没有;(7)中若用闪光照像技术则是一种好方案,但设备和技术都达不到要求,若用平抛运动的讨论方法误差较大;(8)中θ和v0的测量难度较大;(9)中相对而言较切合中学实际;(10)中需测定的物理量多且很难实行绝热措施;(11)中学阶段不易测定荷质比;(12)只是一个思想试验,无法付诸实践,但可估算,代入数据得g =9.857m/s2,与标准值9.81m/s2只相差4.8.综上所述,中学阶段通常采纳单摆法测定重力加速度.3.依据方案,选定器材试验方案选定之后,考虑该方案需要哪些装置,被测量与哪些物理量有直接的定量关系,这些物理量分别需用什么仪器来测定,从而确定整个试验需要哪些器材.在“用单摆测定重力加速度”的试验中,是利用单摆装置来进行试验的,故需铁架台、细线和摆球等来组装单摆.重力加速度可表示为g=4π2l /T2,周期需用秒表测定;摆长l是从悬点到摆球中心的距离,因此需用米尺和游标卡尺分别测定摆线长度l和摆球直径d.从试验原理表达式可以看出,试验与摆球质量无关,故毋需使用天平.当然,从试验便利性和精确性角度考虑,还需对所选器材作进一步要求,以期把系统误差降到最小.如上述器材中,摆线的伸缩性和质量应较小,摆球的质量应较大.摆线伸缩性大,其长度会随拉力变化而变化;摆球与摆线质量相差越小,系统(摆线和摆球)质心偏离摆球中心越远,误差就越大.为了便于观看,摆球振动的路径宜长,但又要确保单摆做简谐振动,故摆线宜长些,常取1米左右.4.拟定步骤,合理有序试验之前,要做到心中有数:如何组装器材,哪些量先测,哪些量后测,应从正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的试验步骤.对一些可直接测量的物理量,可先行测量;对需通过试验装置才能测定的物理量,须先组装器材,再进行试验、观看和测量.在“利用单摆测定重力加速度”的试验中.原理表达式g=4π2l/T2中的l和T分别为单摆的摆长和单摆做简谐振动的周期.因此应先组装单摆,再测定摆长,最终让单摆做简谐振动,测定周期T.依据所测数据计算出重力加速度g的值.至于过程细节不再赘述.5.数据处理,误差分析高考对此要求不高,但常用的数据处理和误差分析的方法还是应当把握,在设计试验时也应予考虑.三、建议物理试验设计论文范文第2篇。
大学物理实验论文范文

大学物理实验论文范文推荐文章有关大学物理课程小论文范文热度:高中物理教学研究论文范文热度:浅谈初二物理论文范文热度:浅谈大学物理教学毕业论文范文热度:浅谈大学物理教学论文范文热度:大学物理实验是一门着重培养大学生综合能力和素质的课程。
因此,关于提高大学物理实验教学有效性的研究具有重要的理论和现实意义。
下面是店铺为大家整理的大学物理实验论文,供大家参考。
大学物理实验论文范文一:大学物理实验教学改革与创新摘要:基于对当前大学物理实验教学的现状和存在的不足,提出几点关于大学物理实验教学改革与创新的构想。
灵活的大学物理实验教学模式、多样的实验考核评价机制、参与校际间的实验竞赛,以及鼓励学生主持或参与大学生实验创新项目,将有助于提高学生对大学物理实验学习的兴趣。
关键词:大学物理实验;实验教学改革;实验模式创新基础物理学历经三四个世纪的发展已经逐渐成为一门相当完备的学科。
基础物理学中的知识也已经运用到人们生活中的方方面面。
相比于基础物理学,大学物理课程则做了相当多的简化。
对于工科这些非物理学专业的学生来说,大学物理作为公共基础课程,课程的简化是合理的,为学生学习其本专业的课程节省了更多的时间。
物理学有理论物理学和实验物理学。
同样,大学物理的教学过程中也分为理论讲授和实验教学两部分。
实验是一门非常重要而且是必须需要掌握的科学,然而在大学物理的教学过程中,实验教学部分通常是被老师和学生忽略的一部分。
大学物理实验是非常基础的一门实验课程,它是连接理论教学过程中学生对理论知识的感性认知到实际可操控的实验科学知识的桥梁[1-2]。
更深层次的科学研究也分理论研究和实验探索,而大学物理实验是将来更深层次实验研究的基础。
笔者结合近一年来对大学物理课程的讲授与大学物理实验课程的教学过程中所遇到的问题,以及课下与学生的交流、探讨、思考,提出几点关于大学物理实验改革与创新的构想。
1大学物理课程与实验教学的现状1.1理论与实验的脱节目前,大学物理的理论讲授和实验教学是分开,而且理论授课的老师和实验教学的老师是不同的老师。
物理实验教学论文【3篇】

物理实验教学论文【3篇】第一篇一、引导学生学会“提出问题”是实验教学的良好开端实验教学的第一环节是“提出问题”。
没有探究就没有科学,而提不出问题也就不会有探究,探究源于问题。
问题的存在本身就能激发学生的求知欲和探究欲,学生的提问,特别是较高水平的提问,也是解决问题的一个必要方面。
在实验教学中一开始让学生提出问题是很难实现的,更谈不上提出与教学目标相关的问题来,这就需要教师有效地设置相关物理情景,即从学生熟悉的生活现象中,提供必要的问题背景,创设合理的、具体的物理情景,展示明显的物理现象,让学生想有所想,从而启发学生发现并提出问题。
使学生通过观察、感知、体验后发现问题;或者创设一定的任务,在完成任务过程中点燃智慧的火花,产生探究问题。
具体的操作步骤:(1)设置问题情景任务;(2)分析归纳情景体现的内在规律;(3)引导学生提出问题。
例如,在探究《欧姆定律》一节时,创设如下情景:①分别用一节和两节干电池给同一个小灯泡供电,闭合开关,观察现象;②用导线把小灯泡和滑动变阻器串联在同一电路中,闭合开关,移动滑片,观察现象。
让学生观察现象后分析归纳其内在规律,引导学生思考看到了什么现象,发现了什么问题,并进一步提出问题。
通过一步步的深入引导:小灯泡的亮度不同,又属于什么因素影响?进而提出了“通过导体电流的大小跟哪些因素有关?”的问题。
实验探究问题的提出,需要一个较长的适应过程。
开始时学生发现和提出的问题不是都跟该课题有关,有时还会出现风马牛不相及的问题,教师要耐心地倾听学生所提的问题,从中发现其闪光点,及时给予鼓励,避免压制。
随着学习的深入,他们的“提问题”兴趣就会有较大的提高,思路也随之被拓宽,进而提高学生发现问题和解决问题的能力。
二、科学地提出“猜想和假设”是实验教学的切入点通过创设一定的任务提出了问题,就得想方法解决问题,让学生科学地进行猜想和假设,这是完成实验教学的切入点。
科学猜想不同于胡思乱想,假设必须依据科学的方法,在此原则下就需要教师进行适当的引导。
大学物理演示实验小论文

大学物理演示实验小论文力学部分1.滚摆一、演示目的1.通过滚摆的滚动演示机械能守恒;2.演示滚摆的平动、转动动能之和与重力势能之间的转换。
二、原理重力作用下滚摆的运动是质心的平动与绕质心的转动的叠加,其动力学过程的计算可用质心运动定理和质心角动量定理。
滚摆的受力如图1所示,其动力学方程组如下:解得滚摆从静止开始下落,下落高度为h.质心平动动能为:绕质心转动动能为:总动能为:由此可知,重力势能变成了质心的平动动能与绕质心的转动动能,总机械能守恒。
三、装置滚摆四、现象演示1调节悬线,使滚摆轴保持水平,然后转动滚摆的轴,使悬线均匀绕在轴上(绕线不能重叠)。
当滚摆到达一定高度,使轮在挂线悬点的正下方,放手使其平稳下落。
2在重力作用下,重力势能转化为轮的转动动能。
轮下降到最低点时,轮的转速最大,转动动能最大;然后又反向卷绕挂绳,转动动能转化为重力势能,轮的转速减小,位置升高。
如此可多次重复直至停止。
五、讨论与思考:1分析滚摆下落速度(平动)与位置高度的关系;2分析滚摆上下平动的周期与轴径的关系;3分析滚摆上下平动的周期与滚摆质量的关系;4分析滚摆上下平动的周期与滚摆转动惯量的关系。
2.茹科夫斯基椅一、演示目的定性观察合外力矩为零的条件下,物体系统的角动量守恒。
二、原理质点系绕定轴转动时,若其所受到的合外力矩为零,则质点系的角动量守恒,L=Jw=恒量。
因为内力矩不会影响质点系的角动量,若质点系在内力的作用下,四、现象演示3.进动一、演示目的演示旋转刚体(车轮)在外力矩作用下的进动。
二、原理若一个物理矢量的变化率矢量总是垂直于该物理矢量且其大小保持不变时,则此物理矢量将总是改变方向而不改变大小,也就是说它将做进动。
若G矢量为常矢量,则形如的方程称为进动方程。
因为G矢量与A矢量的叉乘所得矢量总与A矢量相垂直,且它又是A矢量的变化率,因此A矢量总是在改变方向而保持大小不变,A矢量的改变方向使以同样的方式在改变方向,结果则是A矢量绕G矢量做进动,如图1。
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用稳恒电流场模拟静电场赵文梅(2011104155)楚雄师范学院楚雄市 651600摘要:学习用稳恒电流场模拟静电场的原理和方法,加深对静电场性质的认识,掌握静电场的描绘方法。
关键词:导电介质;稳恒电流场;静电场。
By the steady current field simulating electrostatic fieldZhao Wenmei 2011104155.Chuxiong Normal University 651600Abstract: To study the steady current field simulating electrostatic field theory and methods, to deepen the understanding of the nature of the electrostatic field, electrostatic field description method of master.Key words: conductive medium; steady current field; electrostatic field.中图分类号:O441 文献标识码:A引言:理论上常用电场E和电位V来描述静电场。
用电位V的分布来描述静电场便于测量和计算。
对于一些简单的带电体,或一些具有某种对称性的带电体,其电场的分布可用电场的叠加原理、电势的叠加原理和高斯定理等求出。
而对于无对称性的、不规则的带电体的电场,用理论计算就显得很繁杂。
为了克服上述困难,一般采用一种间接的测定方法—模拟法。
所谓模拟法,就是根据导电介质中稳恒电流场与电介质中的静电场的相似性,用稳恒电流场来模拟静电场。
1.模拟法要求俩个场的类比物理量需要满足俩个条件(1)在所考虑的区域内,俩者遵从的物理规律有相似的数学形式。
(2)俩者的边界条件相同或相似。
静电场和稳恒电流场本是俩种不同性质的场。
在一定条件下,它们具有某些相似性,因而测出稳恒电流场的电位分布,就可知道与之相似的静电场的分布情况。
2.实验原理2.1静电场与稳恒电流场模拟法的基本思想:仿造另一个场(称模拟场),使它与原来的静电场完全一样,当探针伸入模拟场进行测量时,原来的场不受干扰,而电流场恰好满足这个基本思想。
稳恒电流场与静电场是两种不同性质的场,但是它们两者在一定条件下具有相似的空间分布,即两种场遵守规律在形式上相似,都可以引入电位U ,电场强度,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对于稳恒电流场,电流密度矢量在无源区域内也满足类似的积分关系静电场与稳恒电流场的这种相似性给人们一个启示。
如图7-1(a )由几个电势为U 1、U 2、U 3的带电体激发的静电场中P 点的电势为U 时;那么,将形状与带电体相同的良导体置于导电介质中的相同位置,加上直流电压,使它们的电势也是U 1、U 2、U 3[图1(b )],则在导电介质中对应P 点位置的P '点的电势U '将和U 相同,反过来如果测量出稳恒电流场中P '点的电势为U ',则相应静电场中P 点的电势U 将和U '相同。
这表示通过测量稳恒电流场的电势分布可以了解相应静电场的电势分布,实验结果表示这样模拟是恰当的。
图1 概括起来有以下几方面原因:(1).首先,根本原因是静电场和电流场所遵守的规律在形式上有相似性.如静电场的基本规律:高斯定律、拉普拉斯方程等,对稳恒电流场也适用,所以两种情况下的电场分布是等同的,知道了其中一个场的电场分布情况就可以代替另一个电场.所以我们对容易测量的电流场进行研究,来代替不易测量的静电场进行研究。
(2).电位的相似性.虽说两种场不同,但对两个场都引入了电位的概念.如果某一静电场是由几个带电体组所产生的,每个带电体的位置形状以及电位V 1,V 2…均已知,那么我们可以把同样形状的良导体,按同样的位置放在电介质中,使它们的电位也为V 1,V 2…,这样得到电流场内任意一点P ′的直流电位V ´,跟静电场中对应点P 的静电电位V 完全一样,而直流电位很容易用伏特计测出,对应的静电场电位也就确定了。
(3).电流线与电力线很相似.当把同样电极放在导电介质上的同样位置上,加上相应的电压时,则导电介质中各点有相应的电流流过,每一点的电流密度j 与该点的电场强度成正比,且方向相同,即遵守欧姆定律的微分形式:j=σE 。
其中,E 是电介质内的电场强度,σ是电介质的电导率,其倒数是ρ称为电阻率。
于是在此电介质中,由于电荷运动所形成的稳恒电流线与上述电场中的电力线就有相似的形状.因此可由电流线的分布来模拟电力线.采用稳恒电流场模拟静电场是需要一定条件的,即:(1)电流场中导电介质分布,必须与静电场介质分布相对应.若模拟真空场,则模拟场的电介质必须均匀;U E -∇=0·0·==⎰⎰E E csj0·0·==⎰⎰j j l s(2)要模拟的静电场中的导体如果表面是等位面,则电流场中的导体也应是等位面,这就要求采用良导体制作电极,而且导电介质的电导率不宜太大,若太大就会造成在良导体的电极上有分压,而良导体表面不再是等位面;(3)测量导电介质中的电位时,必须保证探针支路中无电流流过,以保证电流场不发生畸变.2.2同轴带电圆柱体间的静电场如图2,设内圆柱半径为r a ,电势为U a ;外环内半径为r b ,电势为U b ,则静电场中距离轴心为r 处的电势U r 可表示为:又根据高斯定理,电荷均匀分布的无限长圆柱体的场强大小为式中C 由圆柱体上线电荷密度决定。
由以上二式可得由于r =r b 处,U r =U b ,即则取U a =U 0,U b =0,整理后得或写成(1)现根据模拟原理,讨论稳恒电流场的分布(如图7-3)。
取厚度为t 的圆柱形同轴不良导体片为研究对象。
设材料电阻率为,则任意半径r 到r +dr 的圆周间的电阻是则半径为r 到r b 之间的圆柱片的电阻为⎰-=rr a r aEdrU U )(时当b a r r r r cE <<=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-=⎰a a r r a r r rc U Edr U U aln ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=n ba b rr c U U ln ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=b a b ar r U U c ln ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=ab br r r rr U U ln ln 0⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=ab r b r r U Ur r ln ln ln 0)/1(σρρ=r dr t rt dr s dr dR ⋅=⋅=⋅=πρπρρ22r r t r dr t R b r r rr b b ln22πρπρ==⎰图7-3 同轴电缆的模拟模型总电阻为(半径r a 到r b 之间圆柱片的电阻)设U b =0,则两圆柱面间所加电压为U a ,径向电流为距轴线r 处的电位为(2) 由以上分析可见,U r 与U 'r ,E r 与E 'r 的分布函数完全相同。
可知,在同轴圆柱面之间建立一个静电场或电流场,如果柱面间静电电位差和直流电位差相同,则在两种场中对应点有相同的电位。
用一般仪表直接测量带电体在空间形成的静电场是非常困难的.因为仪器的探针一旦引入静电场,将在探针上产生感应电荷,这些电荷又产生电场,使原静电场改变.为了解决这个问题,可以采用静电仪表进行测量.人们通常也采用用电流场模拟静电场的方法进行测量.因为电流场很容易测量.用电流场模拟静电场是研究静电电场最简单的方法之一.3.实验内容3.1实验仪器CE-N 静电场描绘仪,探针,游标卡尺,滑线变阻器,钢尺,复写纸,纸,圆规。
3.2描绘无限长同轴圆柱之间的电场分布: (1) 按图要求链接仪器; (2) 拉起上层板压铁,放上一张白纸;在白纸上放复写纸,再放上一张白纸,压上压铁; (3) 在测量盘中注入0.5厘米左右深的自来水,水不能淹没中心电极;将测量盘放入下层板并固定;(4) 放入探针,做适当调节,在自然状态下,上面的记录针不能接触纸面; (5) 测试开关打至内侧档,将俩电极间电压调至10V ;(6) 测试开关打至外侧档,电表显示电位参考点至探针的电压,移动探针进行初探,看能在1、2、3、4、5、6V 中能探到哪些值;(7) 找准圆心(在圆心上找三点、作弦的垂直平分线交与圆心的方法)(8)按对称和呈辐射状,探测电压值的点,每探准一个电压值,稳住探针,轻轻的按下a b r r r r t R b a ln 2πρ=a bar r a r r tU R U I ba ln 2ρπ==a bb arr r r r r r U IR U bln ln=='上针,纸上打下一个点的位置记录点,白纸反复探测和记录;每个电压值记下10个点,要保证有10组完整的数据;(9) 关闭电源;拆除导线;倒掉水;收好仪器;(10) 从圆心出发,测量各个点到圆心的距离,及a 、b 电极的半径,填入数据表;按要求进行数据处理。
4.数据处理及处理记录4.1据白纸描绘出来的点画出等势线即为下图:4.2据白纸的数据量出各点据圆心的距离即可得到下表:表1 V=10v ; =1.00cm ; =4.99cmU 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 1 3.51 2.82 2.31 1.88 1.62 1.41 2 3.41 2.65 2.12 1.71 1.48 1.25 3 3.35 2.61 2.07 1.68 1.35 1.11 4 3.35 2.65 2.05 1.68 1.35 1.12 5 3.31 2.61 2.05 1.65 1.38 1.11 6 3.35 2.65 2.11 1.71 1.41 1.21 7 3.45 2.75 2.15 1.81 1.51 1.25 8 3.56 2.85 2.31 1.81 1.61 1.31 9 3.65 2.91 2.41 2.01 1.65 1.45 10 3.11 2.85 2.41 1.98 1.65 1.453.415 2.735 2.199 1.792 1.501 1.2673.86 3.33 2.86 2.46 2.121.8211.5% 17.8% 23.1% 27.1% 29.1% 30.3%4.3用线性回归法作数据处理设公式中、为未知量,由推出线性回归方程Y=b+kmX。
由表中求出-与Y-X的对应关系,求出系数m、b及相关系数,从m、b与、之间的关系求出、之值。
推导过程:==Y=b+kmX b= m=即:Y=+X5.结语等势面由人工拟合,因此半径的计算较粗糙,在确定数据点时,一定要保证装置以及操作的稳定性,另外数据尽量多,以减少实验值的波动性。