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。
静电场模拟实验报告
一、实验目的1. 理解模拟法描绘静电场的原理和方法。
2. 学会使用模拟法描绘静电场的等势线和电场线。
3. 定性分析同轴圆柱面和带电直导线电流场的特点及其应用。
二、实验原理静电场是由静止电荷产生的电场，其特性可用电场强度E和电势U来描述。
在复杂电荷分布的情况下，直接测量静电场较为困难。
模拟法是一种有效的间接测量方法，通过使用模拟电极和导电介质来模拟实际静电场，从而描绘出等势线和电场线。
三、实验仪器与设备1. 静电场描绘仪（西安教学仪器厂生产）2. 万用电表3. 坐标纸4. 模拟电极（两点电荷、同轴柱面、聚焦电极）四、实验步骤1. 搭建实验装置：将静电场描绘仪的电极插入水盘中，确保电极与水面充分接触。
将坐标纸固定在描绘仪的上层支架上。
2. 调节电压：根据实验要求，调节交流电源的输出电压至所需值。
3. 选择模拟电极：根据实验目的选择合适的模拟电极（如两点电荷、同轴柱面、聚焦电极）。
4. 放置模拟电极：将模拟电极放置在水盘中，确保电极与水面充分接触。
5. 测量电势：使用测量探针（P）在水中测量各点的电势。
6. 记录数据：使用记录探针（P'）将P在水中测得的各电势点通过按下指针P在坐标纸上打出印迹，同步地记录在坐标纸上。
7. 绘制等势线和电场线：根据记录的数据，绘制等势线和电场线。
五、实验结果与分析1. 等势线：通过实验，我们成功绘制出了模拟电极周围的等势线。
等势线是电势相等的点的连线，它们相互平行，间距与电势差成正比。
2. 电场线：根据等势线，我们可以绘制出电场线。
电场线是从正电荷指向负电荷的曲线，其方向与电场强度方向一致。
3. 同轴圆柱面和带电直导线电流场：通过改变模拟电极，我们成功模拟了同轴圆柱面和带电直导线电流场。
同轴圆柱面电场的等势线为同心圆，电场线为径向线；带电直导线电流场的等势线为垂直于导线的直线，电场线为从导线向外辐射的直线。
六、实验结论1. 模拟法是一种有效的间接测量静电场的方法，可以用于描绘静电场的等势线和电场线。
静电模拟法实验报告
一、实验目的1. 理解静电场模拟法的原理和适用条件。
2. 通过实验，掌握使用模拟法测量静电场的方法和步骤。
3. 加深对电场强度和电势等基本概念的理解。
4. 了解静电场在现实中的应用。
二、实验原理静电场是由电荷分布决定的，其电场强度和电势是描述静电场分布的两个基本物理量。
由于静电场中无电流，传统的测量方法（如磁电式仪表）无法直接测量静电场。
因此，我们采用静电场模拟法，通过稳恒电流场来模拟静电场，从而间接测量静电场分布。
根据电磁学理论，稳恒电流场与静电场满足相同的场方程，即：\[ \oint E \cdot dl = 0 \quad (静电场的环路定理) \]\[ \oint E \cdot dS = 0 \quad (闭合面内无电荷时静电场的高斯定理) \]在实验中，我们利用导电液体或导电板模拟静电场，通过测量模拟场中的电势分布，从而得到静电场的分布情况。
三、实验仪器1. 静电场模拟器2. 导电液体或导电板3. 数字电压表4. 电极5. 导线6. 坐标纸四、实验步骤1. 将导电液体或导电板放置在实验台上，确保其平整。
2. 将电极连接到静电场模拟器上，并将电极放置在导电液体或导电板上。
3. 调节静电场模拟器的电压，使其达到所需值。
4. 使用数字电压表测量电极间的电势差，并记录数据。
5. 根据测量数据，绘制静电场分布图。
五、实验结果与分析1. 通过实验，我们成功绘制了静电场分布图，验证了静电场模拟法的可行性。
2. 实验结果表明，模拟法测量静电场具有较高的准确性和可靠性。
3. 通过分析实验数据，我们加深了对电场强度和电势等基本概念的理解。
六、实验总结1. 静电场模拟法是一种有效的测量静电场的方法，适用于无法直接测量静电场的情况。
2. 通过实验，我们掌握了使用模拟法测量静电场的方法和步骤，加深了对电场强度和电势等基本概念的理解。
3. 静电场在现实中有广泛的应用，如静电除尘、静电喷涂、静电印刷等。
七、注意事项1. 实验过程中，注意电极的放置和电压的调节，确保实验数据的准确性。
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1、学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。
2、加深对静电场概念的理解，了解静电场的分布特点。
3、掌握静电场测试仪的使用方法。
二、实验原理静电场是由静止电荷产生的一种特殊物质形态，其分布情况通常难以直接测量。
但我们可以利用相似的电流场来模拟静电场，因为在一定条件下，电流场和静电场的物理规律具有相似性，这种方法称为模拟法。
根据静电场的高斯定理，在真空中，静电场的电场强度 E 沿任意闭合曲面的通量等于该闭合曲面所包围的电荷的代数和除以真空介电常数ε₀。
对于具有一定几何形状和边界条件的带电体所产生的静电场，其场强分布是唯一确定的。
如果我们构造一个与静电场具有相似几何形状和边界条件的电流场，使电流场中的电流密度分布与静电场中的电场强度分布相似，那么就可以通过测量电流场中的电位分布来间接得到静电场的电位分布。
在电流场中，电流密度 J 与电场强度 E 成正比，比例系数为电导率σ。
在均匀介质中，电流密度 J 与电位梯度成正比，即 J ＝σ∇V，其中V 为电位。
通过测量电流场中的电位分布，利用等位线和电力线的关系，就可以描绘出静电场的电场线分布。
三、实验仪器1、静电场描绘仪2、直流稳压电源3、电压表4、探针5、坐标纸四、实验步骤1、连接电路将直流稳压电源的正、负极分别与静电场描绘仪的正、负极相连，确保连接牢固，无短路现象。
2、选择实验模型本实验采用同轴圆柱面电极模型，内圆柱电极接电源正极，外圆柱电极接电源负极。
3、测量电位将探针与电压表相连，移动探针在电极间的不同位置，测量相应点的电位值，并记录在坐标纸上。
测量时应注意保持探针与电极表面垂直，且接触良好。
4、绘制等位线根据测量得到的电位值，在坐标纸上绘制出等位线。
等位线是指电位相等的点所连成的曲线。
5、绘制电场线根据等位线与电场线的垂直关系，绘制出电场线。
电场线的方向是从高电位指向低电位。
五、实验数据记录与处理｜测量点坐标｜电位值（V）｜｜：：｜：：｜｜（x₁, y₁) ｜ V₁｜｜（x₂, y₂) ｜ V₂｜｜（x₃, y₃) ｜ V₃｜｜｜｜以坐标原点为中心，根据测量数据绘制等位线和电场线。
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。
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。
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。
模拟法绘制静电场实验报告完整
模拟法绘制静电场实验报告完整实验目的：通过模拟法绘制静电场，观察和分析电荷分布与电力线的关系。
实验原理：静电场是指由于电荷产生的电场，可以通过电力线的形式来表示。
在均匀带电平面附近，电力线是平行的，并指向电荷的正方向；当电力线穿过带电体的表面时，法向量与表面垂直；而在电荷周围，电力线指向正电荷、由负电荷指出。
实验装置：- 电荷模拟器（可调节电荷量和位置）- 电荷分布测量仪（用于测量电荷模拟器上的电荷分布）- 实验模拟软件（用于绘制静电场）实验步骤：1. 打开实验模拟软件并设置电荷模拟器上所放电荷的类型（正/负电荷）和电荷量。
我们选择先放置一个正电荷，电荷量为Q1。
2. 使用电荷分布测量仪测量电荷模拟器上的电荷分布，记录下这些数据。
3. 在模拟软件中，根据测量数据并参考实验原理，绘制电力线。
注意电力线的起点位置应该在电荷模拟器的电荷上。
4. 取下原来的电荷，放置一个负电荷，电荷量为Q2。
重复步骤2-3。
5. 在实验模拟软件中比较两种不同电荷情况下的电力线分布，观察它们之间的差异。
6. 调整电荷模拟器上的电荷位置及电荷量，重复步骤2-5，以得到更多不同情况下的电力线分布。
实验结果和讨论：根据绘制的电力线，我们可以看到电荷Q1和Q2产生了不同的电场分布。
当Q1为正电荷，Q2为负电荷时，电力线从Q1出发指向Q2，并在两个电荷中间形成一束电力线。
如果Q1和Q2的电荷量一样，电力线分布会更均匀。
当两个电荷之间的距离变小，电力线的密度会变大。
通过模拟法绘制的静电场，可以更直观地观察和理解电荷分布对电力线分布的影响。
此外，通过模拟法还可以方便地调整电荷的位置和电荷量，从而探讨不同电荷情况下的静电场特性。
实验结论：通过模拟法绘制静电场，我们可以观察到电荷分布与电力线之间的关系，并通过调整电荷的位置和电荷量，探讨不同电荷情况下的静电场特性。
这种实验方法可以帮助我们更好地理解静电场的产生和分布。
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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）。
[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
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)
4、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
A、B两电极间任一半径为r的柱面的电势为
（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V
）后，不良导体中就产生了从电极A均匀辐
A
射状地流向电极B的电流。
电流密度为
式中E′为不良导体内的电场强度，ρ为不良导体的电阻率。
半径为r的圆柱面的电势为
图1、同轴圆柱面的电场分布图2、不良导体圆柱面电势分布
结论：
稳恒电流场与静电场的电势分布是相同的。
由于稳恒电流场和静电场具有这种等效性，因此要测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流场的分布就行了。
[实验内容]
1、测量无限长同轴圆柱间的电势分布。
（1）在测试仪上层板上放定一张坐标记录纸，下层板上放置水槽式无限长同轴圆柱面电场模拟电极。
加自来水填充在电极间。
（2）按图17-5接好电路。
调节探针，使下探针浸入自来水中，触及水槽底部，上探针与坐标纸有1-2mm的距离。
（3）接通电源，K2扳向“电压输出”位置。
调节交流输出电压，使AB两电极间的电压为交流12V，保持不变。
（4）将交流毫伏表与下探针连接。
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7个，
扎孔为记。
（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 。
（8）按式（17—4）计算各相应坐标r处的电势的理论值V
，并与实验值比较，
理
计算百分差。
2、测量聚焦电极的电势分布（选做）
分别测10.0V、9.0V、8.0V、7.0V、6.0V、5.0V、4.0V、3.0V、2 .0V、1.0V、0V等，一般先测5 .0V的等位点，因为这是电极的对称轴。
步骤同上
[数据记录]
模拟电场分布测试数据
= 10.0±0.1V 2a= 1.624±0.002cm 2b= 8.580±0.002cm
V
A
(V)10.08.0 6.0 4.0 3.0 2.0 1.0 V
理
r(cm)？1．11．502．15 2.55？3．58
V
理
？8．17 6.31 4.143．12？ 1.07
2．1%4．9%3．4%3．8%？6．5%
处理：
1、用圆规和曲线板绘出园柱形同轴电缆电场等位线(注意电极的位置).
2、根据电力线垂直等位面,绘出电力线.
3、在圆柱形电缆电场分布图上量出各等位线的半径,计算V并与理论值比较,求出其相对误差.
（1）
11.1
r cm =；则
1
1
ln()
8.17()
ln()
A
r
b
V V V
a
b
==；
（2）
21.5
r cm =；则
1
2
ln()
6.31()
ln()
A
r
b
V V V
a
b
==；
（3）（4）（5）同上
结果分析：
(1)实验误差主要由电源电压的输入阻抗引起，输入阻抗越大，误差越小，结果
越好。
(2) 等势面由人工拟合，因此半径的计算较粗糙，估计至少0.2r cm ∆=，分析对第一组的影响， 由ln
ln A r
b V V a b =知，8.00.2 1.090.406 1.1
ln ln 2.145
A V V r V r V a r r
b ∂∆∆=∆=⋅=⋅=∂ 说明在确定数据点时，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。