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用模拟法测绘静电场实验示范报告　
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用模拟法测绘静电场实验示范报告　
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模拟法测静电场分布是教学大纲要求学生掌握的实验,但以往做这个实验时,由于误差太大,使实验测得的等位线和理论计算的等位线偏离较大,因而不能使学生信服。本文分析了产生误差的原因,指出了减小误差提高测量精度的办法。接触电阻的影响 实验装置如图1。A和B是同轴圆柱电极,A的半径r。一10.00 mm,B的半径rh一80.OOE是稳压电源,其正极和A相连,负极和B相连,实验时使稳压电源的输出电压为【,。一lO V;直流伏特表的正接线柱连接探针,负接线柱和B连接。圆柱形电极紧密压在足够大的均匀 图1测静电场分布实验装置图 实验时在导电纸上沿半径方向从B到A移动探针,分别测出导...&
(本文共3页)
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由于直接对静电场进行测量,存在着一些困难,所以通常都是用一个稳定的电流场(模拟场)来代替静电场,间接地测量静电场。方法一实验装置如图1所示。实验仪器交流电源(0-20V),水平仪,水槽,探针,示波器。实验步骤水槽中放入防水坐标纸,加入一定量的水,调节水平。A、B探针接交流电源20V。C、D探针接示波器y轴输入和接地旋钮。将探针C点放在AB间直线上某一等分点,移动探针D,从示波器上观察显示波形。如果是一条直线,D与C点是等位点。再用同样的方法,找出其他一些等位点,将等位点连成曲线,即可得到一条等位线。改变探针C点在AB间直线上的位置,按照此方法可得到多条等位线。方法二实验装置如图2所示。实验仪器直流稳压电源,探针,水槽,耳机。实验步骤按图2连接线路,调节水平。将探针C置于固定探针A、B间直线上某一点,移动探针D。若C、D两点电势不等,则有电流流过耳机,耳机会发出声音。若C、D两点的电势相等...&
(本文共2页)
权威出处：
1问题的提出用电流场来模拟静电场是研究静电场最简单的方法之一。因为直接测量静电场是非常困难的，当静电仪表引人静电场中进行测量时，探针上就会有感应电荷出现。从而产生附加电场，与原电场迭加，改变了被测电场，也影响原带电体系的电荷分布。所以，用模拟法是研究静电场的常用方法，一般学校都开设此实验。但是实验讲义中对实验原理一般都是泛泛而谈，没有深入探讨。而理论课中，也很少提及，造成学生的迷惑不解，或知其然不知其所以然。本文从原理上进行了探讨，讨论两种场的相似性，可替代性及需要满足的条件和实验时应注意的事项。2原理2．1静电场：相对于观察者静止，且电量不随时间改变的电荷产生的电场称为静电场。由静电场满足的高斯定理和环流定理，可知静电场的基本方程有下列微分形式和积分形式。由此可导出即满足基本方程又满足边界条件的场最D和E。其边界条件为（l）导体与电介质分界面条件为（2）两种媒质都是绝缘介质，或在备向同性的电介质内部没有电荷的积累，条件为2·2...&
(本文共3页)
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0引言 静电场是电磁学课程的核心,因而静电场描绘实验是必做实验.我们知道当带电体的形状、电量确定后,其电场分布也就确定了.人们引入电场线和等势面形象描绘电场,而电场线和等势面处处垂直川,所以只要我们绘制出等势面,即可了解电场分布.但在静电场中没有电流,无法用电表直接测量,因而实验时常采用一种方法—模拟法,即仿造一个电场(模拟场)与原电场完全一样,通过探针对模拟场间接测量,从而做出静电场的等势线121.目前,各种静电场描绘仪大同小异,而西安理工大学生产的静电场描绘仪有其独到之处,本文通过实验对比加以说明.1实验内容 不同的带电体其电场分布不同,本实验以同轴圆柱面为例,先从理论上分析其电场和电势分布规律. 图1为两个同轴均匀带电圆柱面,它们的半径分别为RA、R。,则两柱面之间的场强大小为一于‘R··““,E= 久2戒or图1两同轴圆柱面电极两柱面的电势差为、一。一。一。l晋若令叽=0,叽=uo,代人上式可得C=Uo飞丛illp 戒‘...&
(本文共2页)
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在静电场描绘实验中,用稳恒电流场代替静电场,可以消除测量仪器的探针引入静电场对原电场的分布的影响[1]。教材中用拟合的圆去近似描绘等势线,其误差比较大,难以控制,而用算术平均法描绘等势线的半径会更加准确,使得误差减小。1实验原理1.1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。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[2]。有了电位U值的分布,由E=-?U,便可求出E的大小和方向,整个电场就算确定了。1.2模拟法由于静电场和稳恒电流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[3],所以可用电流场模拟静电场。这种模拟属于数学模拟[4]。在这里,利用作图来模拟测绘静电场探究其与理论值的关系。1.3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...&
(本文共4页)
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13=RZER+厂A,RIR:+R:R+Rx介(2) 由于在实验中要求R:上分配的电压是犷,而实际测得的是犷JB,所以由接触电阻R引起的系统误差为: △犷=犷一VJB =R:I:一厂』, ER一I:(R:+刀2)R(3) =—一下厨一从上式可以看出,只要R不等于零,则一定会引起相应的误差。 设导电纸的厚度为t,电阻串为p,容易推出:口台r n ..二 模拟法测绘静电场是教学大纲中规定的必做实验,实验中的许多问题已有不少文章作过讨论,但探针与导电纸之间的接触电阻在实验中引起的误差,却没有见文章加以研究.事实上这个误差是不容忽视的。 我们使用的是清华大学教学仪器厂出产的双层式静电场描绘仪,模拟同轴电缆线中的静电场时,实脸装置如图1。同心圆环的内外半径分别为a=1.00厘米,b=5.00厘米。 设探针与导电纸的接触电阻为R,导电纸上半径为r的等势线内外两侧的电阻为R:和R:,则有如图2的等效电路图。可列如下方程:刀一_p 2汀tR:+...&
(本文共2页)
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传真：010-用模拟法描绘静电场的实验方法和误差分析--《教学仪器与实验》1994年01期
用模拟法描绘静电场的实验方法和误差分析
【摘要】：
【作者单位】：
【分类号】：TM15【正文快照】：
由于直接对静电场进行测量,存在着一些困难,所以通常都是用一个稳定的电流场(模拟场)来代替静电场,间接地测量静电场。方法一实验装置如图1所示。实验仪器交流电源(0-20V),水平仪,水槽,探针,示波器。实验步骤水槽中放入防水坐标纸,加入一定量的水,调节水平。A、B探针接交流电
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