大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)-拓展提高篇 課件 實(shí)驗(yàn)2.10-用模擬法描繪靜電場(chǎng)

1用模擬法描繪靜電場(chǎng)第1節(jié)

原理大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇2用模擬法描繪靜電場(chǎng)—任務(wù)目的訓(xùn)練學(xué)習(xí)用模擬法描繪靜電場(chǎng)和具有相同數(shù)學(xué)形式的物理場(chǎng)；掌握幾種電極的電位和電場(chǎng)的分布曲線(xiàn)的特點(diǎn)；加深對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度和電位等物理概念的理解；描繪出電場(chǎng)分布曲線(xiàn)。采用模擬法間接測(cè)量靜電場(chǎng)的分布情況；1.實(shí)驗(yàn)任務(wù)2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)

用模擬法描繪靜電場(chǎng)—原理測(cè)量電場(chǎng)有最重要的物理意義

帶電體通過(guò)場(chǎng)相互作用。已知場(chǎng)分布→計(jì)算出帶電體之間相互作用力的大小→根據(jù)初始條件→帶電體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或者形變的大小。帶電體形狀復(fù)雜，多數(shù)情況用數(shù)值解法或?qū)?/p>

驗(yàn)方法測(cè)出場(chǎng)分布

場(chǎng)強(qiáng)是矢量，電勢(shì)是標(biāo)量。先測(cè)得等位面，再做出電力線(xiàn)，整個(gè)電場(chǎng)的分布用幾何圖形繪出。

4用模擬法描繪靜電場(chǎng)—原理靜電場(chǎng)不能用電表直接測(cè)量

1.靜電場(chǎng)中沒(méi)有電流，電流表不會(huì)偏轉(zhuǎn)；

2.任何電流表的內(nèi)阻都遠(yuǎn)小于空氣或真空的電阻，若在靜電場(chǎng)中引入電流表，會(huì)使電場(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；

3.電流表或其他探測(cè)器置于電場(chǎng)中，會(huì)引起靜電感應(yīng)，使原場(chǎng)源電荷的分布發(fā)生變化。模擬法

不直接研究自然現(xiàn)象或過(guò)程本身，而用與這些自然現(xiàn)象或過(guò)程相似的模型來(lái)進(jìn)行研究的一種方法。作為科學(xué)研究中一種最基礎(chǔ)的方法，得到廣泛的應(yīng)用。5用模擬法描繪靜電場(chǎng)—原理用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)的依據(jù)

穩(wěn)恒電流場(chǎng)（無(wú)源區(qū)）靜電場(chǎng)（無(wú)源區(qū)）

兩場(chǎng)服從的規(guī)律的數(shù)學(xué)形式相同，且又滿(mǎn)足相同的邊界條件，故電場(chǎng)和電勢(shì)的分布相類(lèi)似，所以可用電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)。這種模擬屬于數(shù)學(xué)模擬。6用模擬法描繪靜電場(chǎng)—原理用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)的條件

1.靜電場(chǎng)中的帶電體與電流場(chǎng)中電極的形狀、位置相同；2.穩(wěn)恒電流場(chǎng)中的導(dǎo)電介質(zhì)是不良導(dǎo)體且電導(dǎo)率分布均勻；3.電極的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率，保證電流場(chǎng)中的電極（良導(dǎo)體）的表面近似是一個(gè)等勢(shì)面；4.模擬所用電極系統(tǒng)與被模擬系統(tǒng)的邊界條件相同，保證電流場(chǎng)中電流線(xiàn)與靜電場(chǎng)中電力線(xiàn)形狀相同。

72.同軸圓柱型的靜電場(chǎng)用模擬法描繪靜電場(chǎng)—原理

ra→內(nèi)圓柱半徑rb→外圓柱半徑U1→內(nèi)圓柱電勢(shì)83.平行長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)型的靜電場(chǎng)用模擬法描繪靜電場(chǎng)—原理

l→兩直導(dǎo)線(xiàn)間距a→圓柱體半徑9用模擬法描繪靜電場(chǎng)—原理4.幾種常見(jiàn)靜電場(chǎng)的模擬電極形狀及相應(yīng)電場(chǎng)分布模型平行長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)同軸圓柱型劈尖型聚焦型電極模擬型版式等位線(xiàn)、電力線(xiàn)理論形式10用模擬法描繪靜電場(chǎng)第2節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇11用模擬法描繪靜電場(chǎng)—儀器主要實(shí)驗(yàn)儀器、器件描繪專(zhuān)用電源導(dǎo)電微晶靜電場(chǎng)描繪儀等臂同步探針12用模擬法描繪靜電場(chǎng)第3節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇131.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作用模擬法描繪靜電場(chǎng)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）連接線(xiàn)路

兩電路分別與描繪儀專(zhuān)用電源的正負(fù)極相連接；將電壓表的政績(jī)與同步探針相連接；電壓表負(fù)極并未接入電路。（這是可行的，因?yàn)殡娫簇?fù)極和電壓表的負(fù)極在電源內(nèi)部是連接在一起的）14用模擬法描繪靜電場(chǎng)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作（2）校正

調(diào)節(jié)電源，將功能選擇開(kāi)關(guān)打向校正檔，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕，使電壓等于10V，完成校正。然后將功能選擇開(kāi)關(guān)置于測(cè)量檔。校正和測(cè)量開(kāi)關(guān)15用模擬法描繪靜電場(chǎng)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作（3）記錄

①將坐標(biāo)紙鋪在支架上層的平板上，用弦條壓住（電壓為10V），在記錄紙上記錄。

②一同同步探針的底座，從1V開(kāi)始尋找等位點(diǎn)。

③找到等位點(diǎn)，輕輕按壓記錄針，在記錄紙上記下等位點(diǎn)。

④用虛線(xiàn)連接各個(gè)等位點(diǎn)，畫(huà)出等位線(xiàn)。

⑤根據(jù)電場(chǎng)線(xiàn)與等位線(xiàn)相交的原理畫(huà)出電場(chǎng)線(xiàn)，并指出電場(chǎng)強(qiáng)度方向。16用模擬法描繪靜電場(chǎng)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作（4）其他

采用相同的方法，更換繪圖紙，再次測(cè)繪以下幾種情況下的靜電場(chǎng)分布：

①模擬測(cè)繪由長(zhǎng)直平行導(dǎo)線(xiàn)形成的靜電場(chǎng)；

②描繪聚焦電極的電場(chǎng)分布；

③描繪一個(gè)劈尖電極和一個(gè)條形電極形成的靜電場(chǎng)。17用模擬法描繪靜電場(chǎng)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作注意：

（1）在移動(dòng)探針時(shí)，要使探針與導(dǎo)電微晶電板緊密接觸，但不可以壓的太緊，以免損壞儀器。

（2）在探針開(kāi)始記錄前，確保記錄紙固定，防止實(shí)驗(yàn)中記錄紙位置發(fā)生變化。

（3）探針不能移動(dòng)到儀器邊緣處。因?yàn)檫吘壍胤接捎谶吘壭?yīng)的影響，電場(chǎng)線(xiàn)分布已經(jīng)發(fā)生了變形。

（4）等位點(diǎn)分布應(yīng)該均勻，間距為1~2cm，在電極附近，應(yīng)多測(cè)一些等位點(diǎn)。182.數(shù)據(jù)處理用模擬法描繪靜電場(chǎng)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）四種電極任選兩種進(jìn)行靜電場(chǎng)的描繪。用光滑的曲線(xiàn)將測(cè)得的各等位點(diǎn)連接成線(xiàn)，并標(biāo)出每條等位線(xiàn)對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值。

（2）在測(cè)得的電場(chǎng)分布圖上，用虛線(xiàn)至少畫(huà)出8條電場(chǎng)線(xiàn)，注意電場(chǎng)線(xiàn)的箭頭方向，以及電場(chǎng)線(xiàn)與等位線(xiàn)的正交關(guān)系。192.數(shù)據(jù)處理-作圖示例用模擬法描繪靜電場(chǎng)—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容203.思考提高(可在實(shí)驗(yàn)報(bào)告或數(shù)據(jù)報(bào)告選作)1.能否用恒定電流場(chǎng)模擬穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，為什么？2.根據(jù)測(cè)繪所得等位線(xiàn)和電場(chǎng)線(xiàn)分布，試分析哪些地方的電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)，哪些地方的電場(chǎng)強(qiáng)度較弱？3.在描繪同軸電纜的等位線(xiàn)簇時(shí)，如何正確確定圓形等位線(xiàn)簇的圓心？如何正確繪