实验报告4用电流场模拟静电场样本
时间：2020-09-29 08:57:42 来源：工作范文网 本文已影响 人 
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用电流场模拟静电场
、实验目的
1学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场。
2?描绘出分布曲线及场量的分布特点。
3 ?加深对各物理场概念的理解。
初步学会用模拟法测量和研究二维静电场。
二、实验原理
用稳恒电流场模拟静电场
静电场是真空中静止的电荷产生的电场，静电场用空间各点的电场强度 E和电位V来描
述。使用等位面和电场线的概念可以使电场的描述形象化。直接测量静电场是很困难的，而 稳恒电流场与静电场在是本质上不同的，但在一定条件下导电介质中稳恒电流场与静电场的 描述具有类似的数学方程，因而可以用稳恒电流场来模拟静电场。
对静电场，在无源区域内有： o E ?dS 0 , a E?dl 0
s l
对稳恒电流场，在无源区域内有：Jj/dS 0 , -■ j?dL 0
s l
同轴电缆的电场分布及同轴圆柱面电极间的电流分布
在真空中有一个半径为ri=a的长圆柱体A （A是导体）和一个半径为r2 =b
在真空中有一个半径为ri=a的长圆柱体A （A是导体）和一个半径为r2 =b的长圆筒导体 B，它们中心轴重合，带等量异号电荷， 轴r处的电位为
则在两个电场间产生静电场。由静电场知识可得距
Ur
i b
In
U0詁
a
由稳恒电流知识可得
Ur
U° 1
| b r
In a
lnb
a
Er
Uo
i b
ln
a
三、 实验仪器
GVZ-3型导电微晶静电场描绘仪（包括导电微晶，双层固定支架，同步探针等）
四、 实验内容
连接电路,将电压校正为?
从1V开始，平移探针，由导电线微晶上方的探针找到等位点后，按一下记录纸上方的探针，
测出一系列等位点，用相同方法分别描绘出四种不同形状电极的等位线图（ 7~8条）。
3?描绘同同轴电缆的静电场分布。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。现出电场线，指出电场强度方向，得到电场分布图。
4.描绘同其它三种不同形状电极的静电场分布。
五、注意事项
测量过程中要保持两电极间的电压不变。
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实验时上下探针应保持在同一铅垂线上，否则会使图形失真。
记录纸应保持平整，测量时不能移动
数据要保留到小数点后一位，且Inr小数后的位数与真数的位数相同
注意lnr-u实曲线坐标轴的选取（Inr是y轴）
六、数据处理
1.描绘同轴电缆的静电场分布如图1
2. Uo =, a=0.50cm, b=7.50cm
电势
直径
1
2
3
4
d平均值
半径r
di ( mm)
d2 ( mm)
d3 ( mm)
d4 ( mm)
d5 ( mm)
1 \
2
3
/ 4
5
u实N
r 实 /cm
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22.8%，
22.8%，Eb
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In r实
U计/V
U实u计
%
%
% \
%
%
U计
lnrLnr-U
lnr
Lnr-U实图
作者：张曼
U 实(V)
U r ln(b)
作―实图得到一条直线，验证了 lnr=lnb- F。根据软件分析得到此直线的表
达式是 丫二，令 X=0时得到 r b=7.80cm，令 X=10时，得到 ra=0.386cm,定值 a=0.5cm，b=7.5cm。
Ea0.386 0.50.5
Ea
0.386 0.5
0.5
7.80 7.5
7.5
4.0%
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七、思考题：
1根据测绘所得等位线和电力线的分布，分析哪些地方场强较强场中的导地方面是等位面,
的电极电导率远大于导电介质的电导答：由电场分布图可知，电场线密的地方场强较强，电场线疏与导地方面垂直，而等以当线密的地 方场强小，等位线疏的地方场强大。 \
的电极电导率远大于导电介质的电导
电导率？如不 电极表面垂直。
电导率？如不 电极表面垂直。
现象？ //
答：从实验结果说明电极的电导率远大于导电介质的电导率。如不满足这条件，如对于同轴 电缆，实验得到的等位线将是不规则的。
在描绘同轴电缆的等位线簇中时，如何正确确定圆形等位线簇的圆心，如何正确描绘圆形 等位线？
答：确定同心圆簇的圆心，可在圆周边任取三个点，根据几何知识，该三角形的两条边的垂 直平分线的交点为圆心。
如果把实验时的电源电压增大一倍， 等位线和电力线的形状是否发生变化？电场强度和电 位分布是否发生变化？为什么？
答：电源电压增大一倍描绘得出的静电场图线与原来用 10V电源时的图线形状是相同的。只
是各等位线的位置有所变化，如1V等位线的半径变大了。