實驗一靜電場的描繪

時間：2023-05-01 03:45:54 資料我要投稿

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實驗一靜電場的描繪

實驗九靜電場的描繪

實驗性質(zhì)：綜合性實驗

教學目的和要求：1、學習用模擬法研究靜電場。

2、描繪等勢線，繪畫電場線。

一．檢查學生的預(yù)習情況

檢查學生預(yù)習報告:內(nèi)容是否完整，表格是否正確。

二．實驗儀器和用具：YJ—MJ—III模擬靜電場描繪儀（包括電源、點電極、激光探針、連接線等）。

三．講解實驗原理：

1.靜電場的基本性質(zhì)

靜電場是由靜止電荷激發(fā)的電場。電場的基本特性是對靜止或運動的電荷有作用力，由于電是一種力場，場具有“能”與“力”的性質(zhì)，因此其他帶電粒子在具有電場的空間中將具有“勢能”并受到一定的“作用力”。也就是我們所說的電勢和電場強度。為形象地描述場強的分布，在電場中人為地畫出一些有方向的曲線，曲線上一點的切線方向表示該點場強的方向，也是電勢降低的方向。電場線的疏密程度與該處場強大小成正比。

2．靜電場不能直接測量的原因

靜電場可以用電場強度E或電勢U的空間分布來描述，本實驗討論的靜電場的描繪是探索它的電勢U的空間分布，因為場強E是矢量，電勢是標量，在測量上要簡單一些。但是直接測量靜電場中各點的電勢也是很困難的，這是因為靜電場中不會有電流，不能用直流電表直接測量，除非用靜電式的儀表測量，但是用靜電式的儀表測量就要用到金屬做的探頭，金屬探頭放到靜電場中就會使原來的電場分布發(fā)生顯著的變化，就算測量得到了數(shù)據(jù)也是不準確的。所以，通常用“模擬法”間接測量靜電場的分布。

3．模擬法的原理

模擬法就是使用一種易于實現(xiàn)、便于測量的物理狀態(tài)或過程模擬不易實現(xiàn)、不便測量的狀態(tài)和過程，但是要求這兩種狀態(tài)或過程有一一對應(yīng)的兩組物理量，滿足相同的物理或數(shù)學規(guī)律和邊界條件。在相同的邊界條件下，具有相似的解或表達式。模擬法在科學實驗和其他領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。

4．什么是穩(wěn)恒電流場？為什么可以用穩(wěn)恒場來模擬靜電場？

帶電粒子的定向運動就叫做電流。描述電流場的物理量有場強和電流密度矢量，各點的電流密度都不隨時間而變化的電流叫做穩(wěn)恒電流。簡單的說就是在穩(wěn)恒電流的情況下，從閉合面流進去的電流強度必然等于從該閉合面流出去的電流強度。因此可以肯定，在穩(wěn)恒電流場中，導(dǎo)體各處的電荷分布都不隨時間而變。

穩(wěn)恒電流場與靜電場是兩種不同性質(zhì)的場，但是它們在一定條件下具有相似的空間分布，即兩種場遵守規(guī)律在形式上相似，都可以引入電位U ，電場強度E = －?U，都遵守高斯定律和安培定律。

?靜電場無源區(qū)域穩(wěn)恒電流場電流密度矢量J在無源區(qū)域

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和在各自區(qū)域中滿足同樣的數(shù)學規(guī)律。在相同邊界條件下，具有相同的http://www.lotusphilosophies.com/news/557020C8F2983C86.html解析解。因此，我們可以用穩(wěn)恒電流場來模擬靜電場。

6．模擬滿足的三個條件

模擬方法的使用有一定的條件和范圍，不能隨意推廣，否則將會得到荒謬的結(jié)論。用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場的條件可以歸納為下列三點：

(1)穩(wěn)恒電流場中的電極形狀應(yīng)與被模擬的靜電場中的帶電體幾何形狀相同；

(2)穩(wěn)恒電流場中的導(dǎo)電介質(zhì)是不良導(dǎo)體且電導(dǎo)率分布均勻，并滿足

(3)模擬所用電極系統(tǒng)與模擬電極系統(tǒng)的邊界條件相同。

四．演示實驗，講解實驗步驟：

1. 把儀器連接成電流場回路和測量回路，在有機玻璃平臺上鋪上描繪用坐標紙，并用夾子夾穩(wěn)。