試驗(yàn)名稱靜電場(chǎng)的模擬提前準(zhǔn)備坐標(biāo)紙!無坐標(biāo)紙不能實(shí)

1、實(shí)驗(yàn)名稱：靜電場(chǎng)的模擬（提前準(zhǔn)備坐標(biāo)紙！無坐標(biāo)紙不能實(shí)驗(yàn)！ ?。┰u(píng)價(jià)姓名學(xué)號(hào)班級(jí)桌號(hào) 同組人指導(dǎo)教師實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：基礎(chǔ)教學(xué)樓1103室實(shí)驗(yàn)日期20 年 月 日時(shí)段注意：本實(shí)驗(yàn)儀器（新儀器）與教材稍有不同：不再使用耳機(jī)和分壓器測(cè)試等勢(shì)線，直接用數(shù)字電壓表測(cè)定等勢(shì)線。其余內(nèi)容與教材相同。準(zhǔn)備坐標(biāo)紙的規(guī)格：15cmriX 15cm，三至五張一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解用模擬法測(cè)量物理量的原理、條件和方法。2學(xué)會(huì)用模擬法來研究靜電場(chǎng)，掌握準(zhǔn)確模擬的實(shí)驗(yàn)條件和保證措施。二、實(shí)驗(yàn)儀器WQE-3型靜電場(chǎng)電源，WQE-3靜電場(chǎng)描跡儀（電極板水槽，雙層描繪支架，同步探針等）三、實(shí)驗(yàn)原理1 穩(wěn)恒電流場(chǎng)與靜電場(chǎng)的物理相似性條件描

2、述靜電場(chǎng)的空間分布可以用電場(chǎng)強(qiáng)度E和電勢(shì)V兩個(gè)基本量，由于標(biāo)量在計(jì)算和測(cè)量上要比矢量簡(jiǎn)單得多，所以實(shí)驗(yàn)中對(duì)靜電場(chǎng)的研究往往通過電勢(shì)分布來進(jìn)行。然而，既便如此， 直接測(cè)量靜電場(chǎng)分布仍然很困難。原因有兩點(diǎn)：其一，苴一/、? 模擬方法的使用有一定條件和范圍 ，不能隨意推廣，否則會(huì)得到荒謬的結(jié)論。為了使穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬的靜電場(chǎng)結(jié)果具有實(shí)際意義，模擬用的電流場(chǎng)必須具備與靜電場(chǎng)的物理相似性，即滿足以下三個(gè)條件： ； 。通過對(duì)穩(wěn)恒電流場(chǎng)和靜電場(chǎng)的分析、比較，可以看到：兩種場(chǎng)都有電勢(shì)的概念，而且兩種場(chǎng)都遵守高斯定理和拉普拉斯方程。因而只要 ，便可由微分方程的唯一性定理得知穩(wěn)恒電流場(chǎng)的電勢(shì)分布與靜電場(chǎng)的電勢(shì)分布為

3、一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。2準(zhǔn)確模擬靜電場(chǎng)需保證的實(shí)驗(yàn)條件本實(shí)驗(yàn)是用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬真空或空氣中的靜電場(chǎng)，故如上物理相似性的條件要通過以下實(shí)驗(yàn)條件來保證：(1)(2) (3) (4) 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必做：用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬同軸電纜、點(diǎn)電荷與帶電平板、兩平行平板間形成的的靜電場(chǎng)分布。同組兩人，每人獨(dú)立完成三張圖。選作：兩個(gè)無限長(zhǎng)平行帶電圓柱體、聚焦電極形成的靜電場(chǎng)分布。要求：1每個(gè)電極模型測(cè)試 45條等勢(shì)線，每條等勢(shì)線上測(cè)出10個(gè)以上的點(diǎn)，描點(diǎn)連線畫出等勢(shì)線（注意：因每一個(gè)描繪點(diǎn)的誤差情況不一定相同，故不能強(qiáng)求描點(diǎn)連線畫出的等勢(shì)線 通過每一個(gè)描繪點(diǎn)。而應(yīng)使等勢(shì)線兩側(cè)的描繪點(diǎn)與等勢(shì)線的距離最為接近且兩側(cè)分布大體 均

4、勻。）。2、根據(jù)等勢(shì)線作出電場(chǎng)線 （做電場(chǎng)線時(shí)要注意：電場(chǎng)線與等勢(shì)線正交， 導(dǎo)體表面是等勢(shì)面， 電場(chǎng)線垂直于導(dǎo)體表面，電場(chǎng)線發(fā)自正電荷而中止于負(fù)電荷，疏密能表示出場(chǎng)強(qiáng)的大小， 根據(jù)電極正，負(fù)畫出電場(chǎng)線方向）。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、打開描繪架上層的黑色金屬方框，放上描繪用的坐標(biāo)紙，并將其合上壓緊。2、 水槽內(nèi)注入干凈的自來水至 略低于電極板高度的位置，并將電極板水槽放于描繪架下 層，居中。3、 對(duì)每一個(gè)模擬電極模型，按儀器接頭標(biāo)注連線（將電極板兩電極分別與 WQE-3型靜電場(chǎng)電源的“電源輸出”、“接地端”相連接；同步探針與WQE-3型靜電場(chǎng)電源的“探針輸入”相連接），將探針放置平臺(tái)并使探針碰觸高電位電

5、極板，同時(shí)把檔位開關(guān)置于外測(cè)檔，調(diào)整電壓調(diào)節(jié)旋鈕至 WQE-3型靜電場(chǎng)電源顯示屏顯示的電壓數(shù)值為12V。4、 標(biāo)定電極邊界，直接將探針移至電極邊緣進(jìn)行打點(diǎn)，要求選擇合適的特征點(diǎn)以準(zhǔn)確畫出 兩個(gè)電極形狀。5、尋找2V、4V、6V、8V、10V對(duì)應(yīng)的等電位點(diǎn)，每組測(cè)試十個(gè)以上的等電勢(shì)點(diǎn)（ 移動(dòng)同 步探針下探針位置可找到若干個(gè)這樣的等勢(shì)點(diǎn)，用與它保持在同一鉛垂線上的上層探針在坐標(biāo)紙上扎孔標(biāo)記），由此獲得穩(wěn)恒電流場(chǎng)中對(duì)應(yīng)的等勢(shì)線。六、實(shí)驗(yàn)記錄與數(shù)據(jù)處理本實(shí)驗(yàn)由于使用的是描點(diǎn)作圖，故不再進(jìn)行不確定度計(jì)算和數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)處理。要求在圖上畫出電極（必須與實(shí)際電極相同，如何畫？）、測(cè)繪的等勢(shì)線（虛線）及電力線圖（實(shí)線） 。注意：作圖要科學(xué)，不能違背相關(guān)物理概念。七、課后作業(yè)題（1）出現(xiàn)下列情況時(shí)測(cè)繪的等勢(shì)線和電力線的形狀有無變化？ 電源電壓提高一倍 電極與導(dǎo)線接觸不良 電極表面有氧化銹斑 水盆盆底不平整（2）能否