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1. 理解模拟实验法的适用条件。
2. 掌握用模拟法测绘静电场的原理和方法。
3. 加深对电场强度和电位概念的理解。
4. 通过实验，提高实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理静电场是由静止电荷产生的电场，其电场强度E与电荷量Q和距离r的关系为E=kQ/r^2，其中k为库仑常数。
静电场的电位U与电荷量Q和距离r的关系为U=kQ/r。
由于静电场中的电荷不运动，因此静电场是稳恒的。
在实验中，由于静电场中电荷不运动，直接测量静电场的电场强度和电位比较困难。
因此，我们采用模拟法，利用稳恒电流场来模拟静电场，从而间接测量静电场的分布。
稳恒电流场中，电流密度J与电场强度E的关系为J=σE，其中σ为电导率。
稳恒电流场的电位U与电流密度J和距离r的关系为U=-∫J·dr。
在模拟实验中，我们通过改变电流强度，调整模拟装置，使得模拟电流场的分布与静电场相似，从而间接测量静电场的分布。
三、实验仪器1. 模拟装置：同轴电缆和电子枪聚焦电极。
2. 静电场描绘仪。
3. 静电场描绘仪信号源。
4. 导线。
5. 数字电压表。
6. 电极。
7. 同步探针。
8. 坐标纸。
四、实验步骤1. 将同轴电缆的一端与静电场描绘仪连接，另一端与电子枪聚焦电极连接。
2. 调节静电场描绘仪信号源，输出一定电压。
3. 将电子枪聚焦电极放置在坐标纸上，调节电子枪的聚焦，使得电子束在坐标纸上形成一个清晰的光点。
4. 移动电子枪聚焦电极，在坐标纸上描绘出模拟电流场的等位线。
5. 根据等位线的分布，分析模拟电流场的电场强度和电位分布。
6. 通过比较模拟电流场和静电场的相似性，间接测量静电场的分布。
五、实验结果与分析1. 通过实验，我们成功描绘出模拟电流场的等位线，等位线呈同心圆分布，符合稳恒电流场的特性。
2. 通过分析等位线的分布，我们得出模拟电流场的电场强度和电位分布，与静电场的理论分布相似。
3. 实验结果表明，模拟法可以有效地测绘静电场的分布，为静电场的研究提供了方便。
用模拟法测绘静电场实验报告!!
（5）移动探针，在A电极周围找出电势分别为8V，6V，4V，2V的各8个等势点（圆越大，应多找几点），方法如步骤（4）。
（6）分别用8个等势点连成等势线（应是圆），确定圆心O的位置。量出各条等势线的
（2）接好电路。
（3）接通电源，开关指向“电压输出”位置。调节使AB两电极间的电压为交流10V，保持不变。
（4）移动探针，在A电极附近找出电势为10V的点，用上探针在坐标纸上扎孔为记。同理再在A周围找出电势为10V的等势点8--10个。
（5）移动探针，在A电极周围找出电势分别为9V，7V，5V，3V,1V的各8-10个等势点（圆越大，应多找几点）。
（6）分别把等势点连成等势线，确定圆心O的位置。定量计算无限长同轴圆柱间的电势分布：
（1）--- (5)同1中的。
（6）量出各条等势线的坐标r，并分别求其平均值。
（7）用游标卡尺分别测出电极A和B的直径2a和2b。
3
数据记录与处理：
（最小二乘法）
：
篇三：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
步骤同上
[数据记录]
模拟电场分布测试数据
V理(V) r(cm) V理
10.0？？
8.0 1．1 8．17 2．1%
6.0 1．50 6.31 4．9%
4.0 2．15 4.14 3．4%
3.0 2.55 3．12 3．8%
2.0？？？
1.0 3．58 1.07 6．5%
V实?V理
V理
模拟法测静电场
实验原理 --- 静电场与稳恒电流场的相似
性
S
j ds 0
l
E dl 0
l
j dl 0
j 1
E
实验原理---同轴电缆的静电场
rb ln Ur U0 r rb ln ra
U0 1 dU r Er rb r dr ln ra
实验原理---无限长平行导线的静电场分布
模拟法测绘静电场
实验目的
1．学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。
（1）用模拟法描绘无限长同轴电缆的静电场 （2）用模拟法描绘无限长平行导线的静电场
2．加深对电场强度和电位概念的理解。
为何采用模拟法测绘静电场？
测量静电场磁电式仪表不起作用； 探针引入电场中产生感应电荷，会改变原 场分布。 直接测量静电场中各点电势难度大；
+
带箭头的线为电力线，虚线为等位线， 两者互相垂直。
实验仪器
校准和测量 转换开关
电源
静电场描绘仪
实验内容及要求
1.定量描绘同轴电缆的场分布（极坐标纸 ） 将电源电压调到10v，要求测出2v、3v、4v、 5v、6v五条等势线各五个点，画出等势线和电 场线 。将测量值与电场分布理论值比较，做 出误差分析。
实验原理---模拟法
用稳恒电流场模拟静电场的条件: (1) 稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的 静电场中的带电体几何形状相同。 (2) 稳恒电流场中的导电介质是不良导体且 电导率分布均匀，并满足：电极 电介质 才能保证电流场中的电极(良导体)的表面也近似 是一个等位面。 (3) 模拟所用电极系统与被模拟电极系统的 边界条件相同。具体数据处理参照教表4-10实验内容及要求
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!!实验目的：通过模拟法来测绘静电场，了解静电场的分布和特性。
实验器材：1.塑料平板2.金属导体棒3.高电压发生器4.静电计5.金属探针6.细线7.防静电工作台实验原理：静电场是由电荷所引起的一种特殊的电磁场。
静电场的具体分布和特性与电荷的分布以及周围环境有关，可以通过模拟法来测绘。
实验步骤：1.将塑料平板放在防静电工作台上，确保其为绝缘状态。
2.在塑料平板的中央附近带电，可以使用高电压发生器对金属导体棒进行充电，也可以通过摩擦等方法带电。
3.使用静电计探测不同位置上的电势差，从而测定静电场的大小和分布。
4.将金属探针插入不同位置，并使用静电计记录下对应的电势值。
5.使用细线连接不同位置上的等势线，从而绘制出静电场的等势线图。
6.根据等势线的密度和间距，可以推测出电场线的密度和方向。
7.测量不同位置上的电场强度，可以使用静电计或引导线和微电流计的组合来测定。
8.使用测量得到的数据，计算静电场的强度和方向，进一步分析和讨论实验结果。
实验结果与分析：通过模拟法测绘静电场的过程中，我们得到了静电场的等势线图和电场强度的分布。
根据等势线的间距和方向，可以推测出电场线的密度和方向，从而了解静电场的分布特点。
通过测量电场强度，我们可以计算出静电场的强度和方向，进一步分析和讨论实验结果。
实验中可能存在的误差源：1.实验环境的干扰：静电场很容易受到外界环境的影响，如空气中的湿度、温度等因素，可能会对实验结果产生一定的误差。
2.仪器误差：使用的静电计和微电流计等仪器本身存在一定的测量误差，需要在实验中进行校准和减小误差。
3.实验操作的影响：实验者在实验过程中的操作技巧和经验水平也可能会对实验结果产生影响，需要仔细操作和加强实验技能。
改进措施和建议：1.控制实验环境：在实验过程中，可以采取措施减小外界环境因素的干扰，如保持实验室的温湿度稳定、使用防静电设备等。
2.提高仪器精度：使用高精度、精确校准的仪器来进行测量，减小仪器本身带来的误差。
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，探究不同电荷分布形式下的电场强度分布规律。
实验仪器，静电场模拟仪、电荷计、导线、电荷点源等。
实验原理，静电场是由电荷产生的，其电场强度与电荷量、距离等因素有关。
在模拟法测绘静电场实验中，我们可以利用静电场模拟仪产生不同形式的电场，并通过电荷计测量不同位置的电场强度，从而得到电场分布的规律。
实验步骤：1. 准备工作，将静电场模拟仪连接电源并调整至合适的工作状态，准备好电荷计和导线等实验仪器。
2. 单电荷点源的电场分布测量，将电荷点源放置在模拟仪的中心位置，利用电荷计在不同位置测量电场强度，并记录数据。
3. 双电荷点源的电场分布测量，在模拟仪上设置两个电荷点源，分别为正电荷和负电荷，测量其电场强度分布，并记录数据。
4. 条形导体的电场分布测量，利用导线在模拟仪上形成条形导体，测量其不同位置的电场强度，并记录数据。
实验结果与分析：通过实验测量得到的数据，我们可以绘制出不同电荷分布形式下的电场强度分布图。
在单电荷点源的情况下，电场强度随着距离的增加呈现出倒数关系，即电场强度与距离的平方成反比。
而在双电荷点源的情况下，正负电荷之间形成的电场强度分布呈现出特定的规律，表现为电场线从正电荷指向负电荷，且电场强度随着距离的增加而减小。
在条形导体的情况下，电场强度在导体表面呈现出最大值，在内部为零。
结论：通过模拟法测绘静电场实验，我们得到了不同电荷分布形式下的电场强度分布规律。
在实验过程中，我们也发现了静电场的一些特性，如电场强度与距离的关系，电场线的走向等。
这些实验结果不仅验证了静电场的基本规律，也为我们深入理解静电场的性质提供了重要的实验依据。
通过本次实验，我们对静电场的测绘方法有了更深入的了解，同时也加深了对静电场的认识。
希望通过这次实验，能够对大家对静电场的研究有所帮助，也希望能够进一步探索静电场的更多特性和应用。
【精品】模拟法测绘静电场
【精品】模拟法测绘静电场静电场是指由于物体之间存在电荷分布而形成的电场。
在工程和科学领域中，经常需要对静电场进行测绘。
本文将介绍一种常用的方法——模拟法。
1. 原理模拟法测绘静电场的基本原理是利用电荷的电场和静电感应的作用，在空间中布置一些具有特定电荷的物体，通过对这些物体上的电势和电荷分布的控制，模拟出所需的静电场分布。
在模拟法中，常用的物体有电荷点、电荷线、等势面、振荡器等。
通过调节这些物体的位置、形状和电荷量等参数，可以得到所需的电场分布。
2. 测绘流程2.1 设计测绘方案在进行静电场测绘前，需要先设计测绘方案。
具体包括选择适当的模拟法、确定所需的电场分布形式和精度要求、设计模拟装置的形状和大小等。
2.2 构建模拟装置根据测绘方案，选择合适的物体和电荷量，并在空间中布置出模拟装置。
调整各个物体的位置和形状，使其与所需的电场分布一致。
2.3 测量电势分布使用电势计或电位差计对模拟装置上各点的电势进行测量。
根据电势的量值和位置，可以确定静电场的分布。
2.4 计算电场强度根据电势分布，可以利用电场强度计算公式计算出空间中各点的电场强度。
2.5 验证精度根据测绘精度要求，采取不同的验证方法进行验证，如比较测绘结果和理论计算值的误差、对测绘结果进行重复测试等。
3. 应用范围模拟法测绘静电场适用于各种需要静电场测绘的场合，如电力系统的电气绝缘设计、静电喷涂和静电吸尘等工业应用、分子静电场分布研究等科学领域。
4. 注意事项在进行模拟法测绘静电场时，需要注意以下事项：4.1 模拟装置的搭建需要具有一定的技术水平和操作经验。
4.2 在选择电荷量和物体形状时，应根据具体情况进行合理选择。
4.3 测量电势时应避免外来因素的干扰，以保证测量精度。
4.4 模拟法只能模拟出静电场的分布情况，无法模拟出电磁场和辐射场等其他类型的场。
5. 结论模拟法测绘静电场是一种有效的方法，可以用于各种静电场测绘需求。
在进行测绘前应设计好测绘方案，正确选择各个参数，严格控制测量环境，以保证测绘结果的可靠性和精度。
用模拟法测绘静电场_2
用模拟法测绘静电场〔实验目的〕1.学习用模拟法描绘和研究静电场分布；2.加深对电场强度和电势概念的理解。
〔实验原理〕静电场用电场线形象描绘静电场的分布。
r E 02πελ= a ln(/)ln(/)b r a b r r U U r r = 模拟场用不良导体内的电场模拟静电场。
图1 同轴电缆的模拟模型(a) 同轴电缆模拟电场装置； (b) 横向剖面 d d ln 22b r b r rr b r r r R t r r t r ρρππ==⎰ ln 2a b b r r a r R t r ρπ= 2ln a b a a b r r a U tU I r R r πρ== a ln(/)ln(/)ab r rr a b r r U IR U r r '==[实验内容及步骤]图2 GVZ - 4型导电微晶静电场描绘仪1.将导电微晶上内、外两电极分别与直流稳压电源的正、负极相连接,电压表正、负极分别与测试笔及电源负极相连接,移动测试笔测绘同轴电缆的等位线簇。
要求相邻两等位线间的电位差为1V,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。
2.根据电场线与等位线的正交原理,画出电场线,并指出电场强度方向,得到一张完整的电场分布图。
3.在坐标纸上作出相对电位和lnr的关系曲线,并与理论结果比较, 根据曲线的性质说明等位线是以内电极中心为圆心的同心圆。
[注意事项]1.找等位点时尽量让同等位线上的点均匀分布分布在360度上；2、不同等位线上的点尽量在同一直线上, 以方便确定等位线；3、由于导电微晶边缘处的电流沿边流动, 因此等位线必然与边缘垂直, 使该处的等位线和电力线严重畸变。
为减小“边缘效应”的影响, 将导电微晶的边缘切割成电力线的形状。
用模拟法测绘静电场
实验三十九用模拟法测绘静电场实验目的：1.描绘同轴电缆的静电场分布（测绘等位线，画出电场线）；2.锻炼自我实验操作能力。
实验原理：1、如果两种物理现象在一定的条件下满足同一形式的数学规律，就可一将对其中一种物理现象的研究来代替对另一种物理现象的研究，这种研究方法称为模拟法。
2、实验中用稳恒电流场来模拟静电场正是应用了形式上的相似性。
虽然相似但不是等同。
所以使用模拟法时，必须注意到它的适用条件。
●电流场中的导电介质分布必须相当于静电场中的介质分布。
●静电场中的带电导体的表面是等为面，则稳恒电流场中的导电体也应该是等位面，这就要求采用良好的导电体来制作导电电极，而且导电介质的电导率也不易太大，且要均匀●测定导电介质中的电位时，必须保证探测电极支路中无电流通过●用长同轴圆柱形电极间稳恒电流场模拟长同轴圆柱形导体间静电场的依据3、场强在数值上等于电位剃度，方向指向电位降落的方向，先测绘等位线，然后根据电场线与等位线正交的原理，画出电场线涉及公式：ar Edr UUUaraarln20επλ-=-=⎰（1）ab r b UUarlnln= （2）ab Irb arbrURUlnln'==（3）r=a rV V ab b )( （4）实验仪器：EQC —2型静电场测绘仪（包括导电玻璃，双层固定支架，同步探针）， 直流稳压电源， 记录纸。
实验方法：1、测绘等位线，要求相邻两等位线间的电势差为1V 共测8条，每条等位线测定出8个均匀分布的点，画出等位线的 同心圆簇。
2、画出电场线，指出电场强度的方向3、由公式r=a rV V ab b )(计算出理论圆半径（b=75.00mm, a=5.000mm, a V =10V ）实验数据处理：表1 各等位线半径数据表2 半径测量数据表单位：mm。
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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。接通直流电源就可进行实验（10V）。
五、实验操作
将导电微晶上两电极分别与稳压电源的正（红）、负 （黑）极相连接，连接同步探针。启动开关，将探针架探
头分别置于导电微晶内外电极上，先校正，后测量。
1、描绘长直同轴圆柱面的电势及电场分布
（1）取U0=10V，要求描绘2V，4V，6V，8V，4条等势线，
每条等势线应有8个等势点连接而成。（注意事项） （2）用同样的方法，测量两圆柱面的半径a、b。 2、测绘示波管电子枪的聚焦电场分布，要求画出电极， 然后绘出1V，3V，5V，7V，9V,共5条等势线，每条有7个
等势点。(示波管电子枪电极)
3、无限长平行导线、劈尖电极和条形电极静电场描绘作 为选作内容。
测试点电势Ur(V) 实际测量半径r测 理论计算半径r理246 Nhomakorabea8
Δr=|r测-r理|
Δr/r理
☆ 思考题
1、如果将实验中使用的电源电压加倍，等势线、电场强 度分布的形状是否会发生变化？为什么？
2、在测绘长直同轴圆柱面的电场时，从实验结果看，导
电材料的电导率是否均匀？如果某一区域的电导率较高，
对等势线的形状有什么影响？
U (r )
a U (a) r b b
根据模拟原理，讨论稳恒电流场的分布（如图3-3）。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
dR
dr s
dr 2rt
2 t
dr r
则半径为r到b之间的圆柱片的电阻为
U r IR rrb U a ln
由以上分析可见，Ur与Ur，Er与Er的分布函数完全相同。即长直同轴 电缆中的静电场和稳恒电流场有相同的场分布。可知，在同轴圆柱 面之间建立一个静电场或稳恒电流场，如果柱面间静电电势差和直 流电势差相同，则在两种场中对应点有相同的电势。
如何测量该电场分布？
拟是恰当的。
模拟法的使用有一定的条件和范围，不能随意推广，否则将会得到 错误甚至荒谬的结论。用稳恒电流场模拟静电场条件可以归纳为以下三 点： （1）稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中的带电体几何形 状相同；
（2）稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足
σ 极>>σ 介才能保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等 势面；
据 E U ，可以通过标量电势的分布，求得电强度的分布。对于 较复杂的电场需要通过实验来测量电势的分布。因此，等势线的描绘
是研究电场的基础。
然而真正的静电场不能用电表直接测量。因此考虑把带电体放
在导电介质，维持带电体间的电势差不变。理论和实验都证明，导电 介质里由恒定电流产生的电场与静电场的规律完全相似。因此可以用 稳恒电流场来模拟静电场，这叫模拟法。
×
× ×
×
示波管电子枪聚焦电场
六、实验报告
☆ 数据处理
的关系画出电场线。 2、等量分析所测绘的长直同轴圆柱面的等势线的准确程度。
1、根据测量结果分别测出各电场的各条等势线，并由电场线与等势线
（1）根据等势点位置，量得2V等势线上等势点到圆心的距离r ，求
得平均半径r测。 （2）测出a、b半径的平均值。 （3）求出2V等势线半径的理论值r理。由Δr=|r测—r理|， Δr/r理就是要 求的测量误差。 （4）把计算结果填入表格中。
3、从对长直同轴圆柱面的等势线的定量分析看，测得的
等势线半径和理论值相比是偏大还是偏小？有哪些可能
的原因导致这样的结果？
注意事项
测量长直同轴电缆电场分布的注意事项：
☆ 为了较精确描绘等势线的形状，所取等势点应该均匀分布。
☆ 导电介质不均匀，电极上氧化膜的存在、电极安装偏离圆心
等因素，会导致测量结果与理论结果有差别，要如实记录等 势点的位置。 ☆ 因为电极是等势体，所以a是电势为10V的等势体的半径，b 是电势为零的等势体的内半径。
二、实验目的
☆ 加深对电场强度和电势概念的理解 ☆ 了解用模拟法测绘静电场的原理和条件 ☆ 学会用模拟法测绘静电场
三、实验原理
☆ 用稳恒电流场模拟静电场的原理 在一定条件下稳恒电流场与静电场遵守规律在形式上相似。
E d S 0
E d l 0
静电场：
s
l
稳恒电流场：
大学物理实验
实验四
用模 拟 法 测 绘 静 电 场
内 容
实验意义 实验仪器
实验目的
实验原理
实验操作
实验报告
一、实验意义
在带电物体周围存在着电场，带电体通过场相互作用。知道场的
分布，就可以计算出带电体之间相互作用力的大小，并根据一定的初
始条件求得带电体的运动规律或者形变的大小。因此，测量电场有重 要的物理意义。电场强度是用来描述电场分布大小和方向的矢量，根
有理论计算结果可知，长直同轴电缆的电场是轴对称
的，电场分布和轴向坐标Z没有关系，因此，只需要测量
横向切面上的电场分布，既二维电场分布。只要用良导体 作为电极，在横向切面充上电导率较小的均匀导电介质薄 层，就可以模拟二维静电场。本实验中以导电微晶作为导 电介质。（实验仪器）
四、实验仪器
GVZ—3型导电玻璃静电场描绘仪（包括导电微晶、稳 压电源、同步探针等），如图所示，共四种稳恒电场。电
（3）模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。
☆
长直同轴电缆的静电场
如图3-3，设内圆柱半径为a，电势为Ua；外环内半径为b，电势为Ub，
图3-3 同轴电缆的模拟模型
☆
同轴带电圆柱体间的静电场 则静电场中距离轴心为r 处的电势Ur可表示为
U r U a Edr
ra r
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
j d S 0
s
j d l 0
l
静电场与稳恒电流场的相似性给人们一个启示。如图：
U1
U1
U2
· p(u)
U2
· p’(u)
静电场
稳恒电流场
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
E
2r
r
由以上二式可得
2
r U r U a Edr U a c ln r ra a
其中 c
，由于r=b处，Ur=Ub，即
rb U b U a c ln r a
取Ua=U0，Ub=0，整理后得
Ur U0 rb ln r rb ln r a
Rrr
b
2 t
rb r
dr r
2 t
ln
rb r
总电阻为（半径a到b之间圆柱片的电阻） R ln rb r r
a b
2 t
ra
设Ub=0，则两圆柱面间所加电压为Ua，径向电流为
I Ua Rr r
a b
2 tU a
ln
ln
rb ra
距轴线r处的电势为
rb r rb ra
测量示波管电子枪的聚焦电场的注意事项 ☆ 按1：1的比例画出“T”形电极。
☆ 同一条等势线上各个点间隔1.5cm。以便较精确的记
录等势线的形状。
【分析讨论题】 1．如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状是否发生变化？电场强度和 电势分布是否发生变化？为什么？ 如果电源电压增大一倍，等势线和电场线的形状没有发生变化，但电场强度增 强，电势的分布更为密集。因为边界条件和导电介质都没有变化，所以电场的 空间分布形状就不会变化，等势线和电场线的形状也就不会发生变化，但两电 极间的电势差增大，等势线的分布就更为密集，相应的电场强度就会增加。 2．在测绘长直同轴圆柱面的电场时，什么因素会使等势线偏离圆形？ 测绘长直同轴圆柱面的电场时测到的等势线偏离圆形，可能的原因有：电极形 状偏离圆形，导电介质分布不均匀，测量时的偶然误差等等。 3．从对长直同轴圆柱面的等势线的定量分析看，测得的等势线半径和理论值相 比是偏大还是偏小？有哪些可能的原因导致这样的结果？ ⑴偏大，可能原因有电极直径测量偏大，外环电极表面有氧化层产生附加电阻， 电压标示器件显示偏大等；⑵偏小，可能原因有电极直径测量偏小，中心电极 表面有氧化层产生附加电阻，电压标示器件显示偏小等。