模拟法测静电场示范实验报告
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。
模拟法测静电场示范实验报告
模拟法测静电场示范实验报告————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验七:模拟法测静电场 示范实验报告【实验目的】1． 理解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】YJ-MJ-Ⅲ型激光描点模拟静电场描绘仪、白纸、夹子 【实验原理】直接测量静电场，是非常困难的，因为：① 静电场是没有电流的，测量静电场中各点的电势需要静电式仪表。
而教学实验室只有磁电式仪表。
任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，所以想利用磁电式电压表直接测定静电场中各点的电势，是不可能的。
② 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，会使场源电荷的分布发生变化。
人们在实践中发现：两个物理量之间，只要具有相同的物理模型或相同的数学表达式，就可以用一个物理量去定量或定性地去模拟另一个物理量，这种测量方法称为模拟法。
本实验用稳恒电流场模拟静电场进行测量。
从电磁学理论知道，稳恒电流场与静电场满足相同的场方程： 0E dl •=⎰ （静电场的环路定理）， 0E dS •=⎰⎰（闭合面内无电荷时静电场的高斯定理）； 0j dl •=⎰（由⎰=•0l d E，得⎰=•0l d E σ，又E j σ=，故⎰=•0l d j ），0j ds •=⎰⎰（电流场的稳恒条件）； 如果二者有相同的边界条件，则场分布必定相同，故可用稳恒电流场模拟静电场。
1．长直同轴圆柱面电极间的电场分布在真空中有一个半径为r 0的长圆柱导体A 和一个内半径为R0的长圆筒导体B ，其中心轴重合且均匀带电，设A 、B 各带等量异种电荷，沿轴线每单位长度上内外柱面各带电荷σ+和σ-(即电荷线密度)，它们在A 、B 之间形成静电场。
模拟法测绘静电场实验报告
模拟法测绘静电场实验报告实验目的：通过模拟法测绘静电场，在实验中掌握静电学原理。
实验仪器：静电场模拟仪、导电笔、示波器等。
实验原理：静电场是指由电荷引起的空间中的电场。
通过模拟法可以在模拟器上模拟出各种不同的电荷分布情况，并通过导电笔和示波器测量出静电场强度分布情况。
实验步骤：1. 按照实验指导书要求连接仪器，并打开静电场模拟仪。
2. 将导电笔插入示波器的X轴通道，将静电场模拟仪输出端口接到Y轴通道上。
3. 在静电场模拟仪上设置电荷分布情况，如单个点电荷、线电荷、平面电荷等，同时观察导电笔示波器上显示的曲线。
4. 更改模拟器上的电荷分布情况，连续多次测量并记录静电场强度分布情况。
5. 汇总所有数据并进行分析，得出实验结果。
实验结果和分析：通过对静电场的模拟实验，得出不同电荷分布情况下静电场强度分布的变化规律。
在线电荷以及平面电荷的情况下，静电场强度的变化呈现出明显的对称性。
单点电荷情况下，静电场呈现出单极性，并且与距离的平方成反比关系。
在实现掌握静电学原理的同时，也通过实验得出了一些静电场强度的变化规律，为今后的科技研究提供了理论基础。
实验结论：通过模拟法测绘静电场实验，掌握了静电学原理，并且了解了电荷分布情况对静电场强度的影响。
同时，也得出了静电场强度的变化规律，为今后的科技研究提供了理论基础。
参考文献：[1] 唐诗怀. 静电场模拟仪实验研究[J]. 现代电子技术, 2015(1): 83-85.[2] 王志勇. 变电工程中静电场的模拟研究[J]. 电力学报, 2014, 29(10): 2386-2392.。
用模拟法测绘静电场
用模拟法测绘静电场实验报告【一】实验目的及实验仪器实验目的 1.学习用模拟法测绘静电场的分布。
2.加深对电场强度和电位概念的理解.【二】实验仪器静电场测绘仪,电源，模拟电极.万用表,毫来方格纸及导线等。
实验原理及过程简述实验原理：由电磁场理论知道，稳恒电流的电场和相应的静电场空间形式一致的。
只要电极形状一定，电极电位不变,空间介质均匀，在任何一个考察点,均有U稳恒= U静电，或E稳恒= E静电。
例如圆柱导体A和圆柱壳导体B同心放置,分别带等值异号电荷。
A和B间为真空。
由高斯定律可知,其电力线沿径向由A向B辐射分布,其等位面为簇同轴圆柱面。
因此，只要研究任一垂直横截面P上的电场分布即可。
若A和B间不是真空，而是充满一种不良导体(其电阻率为p),且A和B分别与电的正极和负极相连。
A、B间形成径向电流，建立了个稳恒电流场。
同样地,我们可取厚度为δ的同轴圆柱片来研究。
半径为r到r+dr之间的圆柱片的径向电阻为:dR=(ρ/2πδ) *(dr/r)由半径r到b之间的圆柱片电阻为:R rb=(ρ/2πδ)ln(b/r)由半径a到b之间的圆柱片电阻为:R ab=(ρ/2πδ)ln(b/a)若设U,=0，则径向电流为:I=U a/R ab=2πδU a/ρln(b/a)距中心r处的电位为:U’r=IR rb=U a ln易见，稳但电流的电场E与静电场E的分市也是相同的，因为E’=-dU’r/dr=-dU r/dr=E由于稳恒电流的电场和静电场具有这种等效性，因此，微测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流的电场就行了。
实际模拟时，由于电极周围的电场是空间分布的，等位面是一艘互不相交的曲面，为简单起见，在此仅研究横向剖面上的平面电场分布。
由推理上可知等位线半径r的表达式r=b/()ur/uar=a n b1-n (n=U r/U b)过程简述：1. 测绘平行输电线(模拟等值异号点电荷)的等位线簇。
取U=2，4，6，8，10共5组，每组的点数可按先定性后定量的测量技术根据曲线的曲率来确定，曲率大的地要多些。
用模拟法测绘静电场实验报告
⽤模拟法测绘静电场实验报告⽤模拟法测绘静电场实验报告【⼀】实验⽬的及实验仪器实验⽬的: 1.学习⽤模拟法测绘静电场的分布;2.加深对电场强度及电位概念的理解。
实验仪器:电源、毫⽶⽅格纸、导线、静电场测绘仪、万⽤表【⼆】实验原理及过程简述⼀.实验原理:1.模拟的依据:由电磁理论知道，稳恒电流的电场和相应的静电场空间形式是⼀致的。
只要电极形状⼀定，空间介质均匀，在任何⼀个考察点均有U稳恒＝U静电，或E稳恒＝E静电。
稳恒电流场与静电场的分布也是相同的，因此欲测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流的电场。
2.电压表法:以平⾏输电线的电极A、B模拟等值异号电荷，测绘电场分布情况。
将电报A、B与导电勿紧密接触，接通电源E，则在导电纸上形成平⾯电流场，电流由A向B辐向传导，导电物质上任⼀点具有确定的电位U c，可由电压表指⽰，将具有相同U c的点相连即为等位线。
3.检流记法:检流计追G跨接在C、D两端，D点的电位由分压器预先测量，当U c＝U时，电流计中⽆电流通过，指针不偏转，移动测笔C，找到这些使G不偏转的点，然后连接起来，即为U D的等位线。
4.⽅法依据:场强E在数值上等于电位梯度，⽅向指向电位降落的⽅向。
⼆.过程简述:1.记录电极尺⼨a和b。
接通电路，将开关拨到"校准"，得出U a。
2.将开关拨到"读数"，固定毫⽶⽅格纸，测绘平⾏输电线(模拟等值异号点电荷)的等位线簇。
取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿⼤约10个点数，取下⽅格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线。
3.固定另⼀张毫⽶⽅格纸，测绘同轴电缆(模拟同轴圆柱带电体)的等位线簇。
取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿⼤约10个点数，取下⽅格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线，量取五个等位线圈的等位半径R P。
根据公式计算相应理论电位半径R T＝b/[b/a∧(U r/U a)]，并计算绝对误差和⽬标误差E(%)＝(R T－R P)/R T×100%。
模拟法测绘静电场实验示范报告
模拟法测绘静电场实验示范报告一、实验目的本实验旨在通过模拟法测绘静电场，深入理解静电场的特性，掌握电场强度、电势等参数的测量方法，培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理静电场是静止电荷产生的电场。
在静电场中，电场强度E和电势Φ是描述电场特性的两个重要物理量。
电场强度E是矢量，其方向与正电荷所受电场力方向相同，单位为V/m或N/C。
电势Φ是标量，表示单位正电荷在静电场中某点所具有的能量，单位为V。
本实验采用模拟法测绘静电场，即将电荷分布等效为已知电势的点源，通过测量各点的电势值，绘制出等效电荷分布图。
同时，利用Matlab等软件进行数据处理和图形绘制。
三、实验步骤1.准备实验器材：导电介质（如金属球、石墨等）、绝缘介质（如云母、玻璃等）、电极、电源、万用表、导线等。
2.搭建实验装置：将导电介质和绝缘介质按照要求放置在实验台上，连接电源和电极，确保电路畅通。
3.测量电势值：将万用表连接到电极上，测量各点的电势值并记录下来。
重复测量多次，取平均值。
4.数据处理：利用Matlab等软件将测量数据绘制成电势分布图和等效电荷分布图。
5.误差分析：根据实验数据和理论值进行比较，分析误差产生的原因。
6.撰写实验报告：整理实验数据，分析结果，得出结论，撰写实验报告。
四、实验结果及分析1.电势分布图（图1）（请在此处插入电势分布图）根据实验数据绘制的电势分布图可以看出，导电介质表面电势较高，而绝缘介质表面电势较低。
这是因为在静电场中，导电介质能够导通电流，使得电荷容易移动并累积在表面；而绝缘介质内部自由电子较少，表面电荷不易移动，因此表面电势较低。
2.等效电荷分布图（图2）（请在此处插入等效电荷分布图）根据实验数据绘制的等效电荷分布图可以看出，导电介质表面有较多的正电荷分布，而绝缘介质表面有较少的正电荷分布。
这是因为在静电场中，正电荷在导电介质表面容易累积，形成类似“正电荷云”的分布；而在绝缘介质表面，正电荷不易移动和累积，因此分布较少。
用模拟法测绘静电场实验报告
用模拟法测绘静电场实验报告【一】实验目的及实验仪器实验目的: 1.学习用模拟法测绘静电场的分布;2.加深对电场强度及电位概念的理解。
实验仪器:电源、毫米方格纸、导线、静电场测绘仪、万用表【二】实验原理及过程简述一.实验原理:1.模拟的依据:由电磁理论知道，稳恒电流的电场和相应的静电场空间形式是一致的。
只要电极形状一定，空间介质均匀，在任何一个考察点均有U稳恒＝U静电，或E稳恒＝E静电。
稳恒电流场与静电场的分布也是相同的，因此欲测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流的电场。
2.电压表法:以平行输电线的电极A、B模拟等值异号电荷，测绘电场分布情况。
将电报A、B与导电勿紧密接触，接通电源E，则在导电纸上形成平面电流场，电流由A向B辐向传导，导电物质上任一点具有确定的电位U c，可由电压表指示，将具有相同U c的点相连即为等位线。
3.检流记法:检流计追G跨接在C、D两端，D点的电位由分压器预先测量，当U c＝U时，电流计中无电流通过，指针不偏转，移动测笔C，找到这些使G不偏转的点，然后连接起来，即为U D的等位线。
4.方法依据:场强E在数值上等于电位梯度，方向指向电位降落的方向。
二.过程简述:1.记录电极尺寸a和b。
接通电路，将开关拨到"校准"，得出U a。
2.将开关拨到"读数"，固定毫米方格纸，测绘平行输电线(模拟等值异号点电荷)的等位线簇。
取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿大约10个点数，取下方格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线。
3.固定另一张毫米方格纸，测绘同轴电缆(模拟同轴圆柱带电体)的等位线簇。
取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿大约10个点数，取下方格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线，量取五个等位线圈的等位半径R P。
根据公式计算相应理论电位半径R T＝b/[b/a∧(U r/U a)]，并计算绝对误差和目标误差E(%)＝(R T－R P)/R T×100%。
大学物理实验报告-319-模拟法测绘静电场-样例-V1
大学物理实验报告-319-模拟法测绘静电场-样例-V1模拟法测绘静电场
【实验目的】
1. 了解如何应用模拟法对于静电场的分布进行测绘。
2. 掌握根据电力计的测量结果来评价极化体的特性，并且绘制电场的粒子轨迹的能力。
【实验原理】
静电场是由若干带电粒子所引起的一种特殊现象，它包括分析和测量两个方面。
模拟
法测绘静电场是利用电力计，根据测量结果建立模型，再对模型进行数值积分可以得到极
化体的特性以及电场的粒子轨迹。
【实验步骤】
1．准备实验仪器和耗材：电力计，电荷板，电动机，磁力计，电磁铁，铁磁片，胶水，混合剂，电阻等实验仪器以及耗材。
2．对实验仪器进行检查，准备实验环境：首先调整实验仪器，使它们得到最佳操作；其次，准备适当的实验环境，包括温湿度计等。
3．测量静电场：基于电力计技术，使用电力计测量静电场，并且绘制电场变化曲线。
4．对模型进行数值积分：根据测量结果，建立模型，再对模型进行数值积分，从而
得到电场的粒子轨迹。
【实验结果】
实验表明，模拟法的测绘静电场的操作过程比较复杂，但是可以有效地评价极化体的
特性，并且可以绘制出电场的粒子轨迹。
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实验七:模拟法测静电场 示范实验报告
【实验目的】
1． 理解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】
YJ-MJ-Ⅲ型激光描点模拟静电场描绘仪、白纸、夹子 【实验原理】
直接测量静电场，是非常困难的，因为：
① 静电场是没有电流的，测量静电场中各点的电势需要静电式仪表。
而教学实验室只有磁电式仪表。
任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，所以想利用磁电式电压表直接测定静电场中各点的电势，是不可能的。
② 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，会使场源电荷的分布发生变化。
人们在实践中发现：两个物理量之间，只要具有相同的物理模型或相同的数学表达式，就可以用一个物理量去定量或定性地去模拟另一个物理量，这种测量方法称为模拟法。
本实验用稳恒电流场模拟静电场进行测量。
从电磁学理论知道，稳恒电流场与静电场满足相同的场方程：
0E dl ∙=⎰
（静电场的环路定理）
，
0E dS ∙=⎰⎰
（闭合面内无电荷时静电场的高斯定理）；
0j dl ∙=⎰ （由⎰=∙0l d E
，得⎰=∙0l d E σ，又E j σ=，故⎰=∙0l d j ）
，
0j ds ∙=⎰⎰
（电流场的稳恒条件）；
如果二者有相同的边界条件，则场分布必定相同，故可用稳恒电流场模拟静电场。
1．长直同轴圆柱面电极间的电场分布
在真空中有一个半径为r 0的长圆柱导体A 和一个内半径为R0的长圆筒导体B ，其中心轴重合且均匀带电，设A 、B 各带等量异种电荷，沿轴线每单位长度上内外柱面各带电荷σ+和
σ-(即电荷线密度)，它们在A 、B 之间形成静电场。
由对称性可知，在垂直于轴线的任一平面S 内，电场线沿半径方向呈均匀辐射状分布，其等势面是不同半径的圆柱面。
为了计算A 、B 间的电场强度，首先我们沿轴线方向取一单位长度、底面半径为r 的同轴圆柱体表面为高斯面（包围内柱面A ）。
设此高斯面上、下、侧面上的场强分别为上E 、下E
、
E
，则整个高斯面上的电通量为：
φ=00E ds E ds E ds E ds ∙+∙+∙=++∙⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰
下下侧侧上上
=E ds E ds ∙=⎰⎰⎰⎰
侧侧
=2πrE
由高斯定理φ=0
εσ=
∙→
→
⎰⎰S d E 可得：
2πrE=
εσ， 即 r E 0
2πε
σ
=
，
因为外柱面接地点为零电势点，则在A 、B 两柱面之间距圆柱中心轴为r 处的电势为：
000
ln
22R R r r
r
R dr U Edr r
r
σ
σ
πεπε=
=
=
⎰⎰
同理可得A 柱的电势：
0000
0ln
22R R r r R dr
U Edr r
r σ
σ
πεπε=
=
=
⎰⎰
两式相除，得相对电势：
000
ln
ln r R r
R U U r =
2．设计模拟的电流场
为了仿造一个与上述静电场相似的电流场，我们设计出模拟模型：把圆环形金属电极A 和圆环形金属电极B 同心地置于一层均匀导电介质上，当给两面电极间加加上规定的电压0U 后，
在A 、B 电极间的导电介质上就会产生一个稳定的电流分布。
导电介质由导电微晶制成，
它的电阻率比金属电极大很多，因此导电微晶是不良导体。
设其厚度为t ，电阻率为ρ，电极A 的半径为0r ，B 的半径为0R 。
由电阻定律可知，半径为r 的圆周到半径为r+dr 的圆周间的圆环（宽度为dr ）电阻为：
rt
dr
s
ds dR πρρ2=
=
半径为r 的圆周到半径为0R 的圆周间的圆环电阻为：0
0ln
22R r r
R dr R t
r
t
r
ρ
ρ
ππ=
∙
=
⎰
同理，半径为0r 的圆周到半径为0R 的圆周间的圆环电阻为：0
0ln
2r R t
R πρ
=
于是，两电极间的总电流：0
000ln 2r R U t
R
U I ∙
=
=
ρ
π
设外环的电势为0，则距环心为r(0r <r<0R )处的电势为：
000
ln
ln
r R r
R U IR U r r == 则
000
ln
ln r R r R U U r =
即电流场与静电场的电势分布相同，又dr
dU E r
-=，可见电场强度E 的分布也相同，故可
用电流场描绘静电场。
【实验步骤】
（1）按图连接好电路，调节“电压输出”旋钮，直到电压表示数为10.00V。
（2）将探测器置于电极A中心，再将一张白纸对折三下，放在测试仪有机玻璃平台上，使其中心对准电极A中心，然后用夹子夹稳。
（3）在四条折线上用探针分别找出电势为8.0V、6.0V、4.0V和2.0V的点，将其中心记录在白纸上。
（4）用圆规画出电势分别为8.0V、6.0V、4.0V和2.0V的等势线，再根据电场线和等势线垂直的原理，画出八条电场线。
（5）断开电路，整理好仪器。
【数据处理】
1．将实验记录的白纸贴于此处，并画出等势线、电场线，然后用直尺量出等势圆的直径（精确到0.1mm）。
2．数据计算
已知：0r =4.71mm 0R =49.18mm U 0=10.00V U 理=00
00ln(/)ln(/)
R r U R r
3．用坐标纸画出U 测~)/ln(0
r R
曲线（用实线）和
U 理~)
/ln(0
r R
曲线（用虚线），并进行
分析。
【问题讨论】
1．本实验的误差主要来自哪些方面，如何避免？
2．如果电源电压增加一倍，等势线和电场线的形状是否会发生变化？
2.实验装置
GVZ-3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），如上图所示，支架采用双层结构，上层放记录纸，下层放导电微晶。
电极已直接制作在导电微晶上，并将电极引线接出到外接线柱上，电极间制作有导电率远小于电极且各项均匀的导电介质。
接通电流电源（10V）就可进行实验。
在导电微晶和记录纸上方各有一探针，通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上，两探针始终保持在同一铅垂线上。
移动手柄座时，可保证两探针的运动轨迹时一样的。
由导电微晶上方的探针找到待测点后，按一下记录纸上方的探针，在记录纸上留下一个对应的标记。
移动同步探针在导电微晶上找出若干个电位相同的点，由此可描绘出等位线。
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 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。