用模拟法测绘静电场实验报告

⽤模拟法测绘静电场实验报告【⼀】实验⽬的及实验仪器

实验⽬的: 1.学习⽤模拟法测绘静电场的分布;2.加深对电场强度及电位概念的理解。

实验仪器:电源、毫⽶⽅格纸、导线、静电场测绘仪、万⽤表【⼆】实验原理及过程简述⼀.实验原理:

1.模拟的依据:由电磁理论知道，稳恒电流的电场和相应的静电场空间形

式是⼀致的。只要电极形状⼀定，空间介质均匀，在任何⼀个考察点均有U稳恒＝U静电，或E稳恒＝E静电。稳恒电流场与静电场的分布也是相同的，因此欲测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流的电场。2.电压表法:以平⾏输电线的电极A、B模拟等值异号电荷，测绘电场分

布情况。将电报A、B与导电勿紧密接触，接通电源E，则在导电纸上形成平⾯电流场，电流由A向B辐向传导，导电物质上任⼀点具有确定的电位U c，可由电压表指⽰，将具有相同U c的点相连即为等位线。3.检流记法:检流计追G跨接在C、D两端，D点的电位由分压器预先测

量，当U c＝U时，电流计中⽆电流通过，指针不偏转，移动测笔C，找到这些使G不偏转的点，然后连接起来，即为U D的等位线。

4.⽅法依据:场强E在数值上等于电位梯度，⽅向指向电位降落的⽅向。⼆.过程简述:

1.记录电极尺⼨a和b。接通电路，将开关拨到\"校准\"，得出U a。2.将开关拨到\"读数\"，固定毫⽶⽅格纸，测绘平⾏输电线(模拟等值异号

点电荷)的等位线簇。取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿⼤约10个点数，取下⽅格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线。

3.固定另⼀张毫⽶⽅格纸，测绘同轴电缆(模拟同轴圆柱带电体)的等位线

簇。取U r＝2，4，6，8，10v共五组，每组穿⼤约10个点数，取下⽅格纸，连接电位相等的点得等位线，根据电场线与等位线垂直，作出电场线，量取五个等位线圈的等位半径R P。根据公式计算相应理论电位半径R T＝b/[b/a∧(U r/U a)]，并计算绝对误差和⽬标误差E(%)＝(R T－R P)/R T×100%。【三】实验数据处理及误差计算：

1.请在坐标纸上，根据实验所打的点描绘等势线和电场线；

2.对于同轴电缆静电场的模拟，测量各等位圆的半径(填写在数据记录表中)；

3.对于同轴电缆静电场的模拟，计算各等位圆的理论半径(填写在数据记录表中);

4.计算绝对误差、相对误差(填写在数据记录表中);5.将2张静电场的模拟图拍照放在此处。

【四】实验结果表达：

对测量及计算的最终结果做出定量（定性）的总结，并回答书中对应思考题的问题。1.总结:实际测量值都⼤于理论值，说明实验的误差主要来⾃系统误差。2.预习思考:

(1)本实验采⽤什么场来模拟静电场，理论依据是什么？

答：本实验采⽤电流场模拟静电场，理论依据是有相似的物理规律，⽽且边界条件也相同。(2)试分析⼀下，本实验中两种测绘等位线的⽅法，哪⼀种较好，为什么？

答：本实验采⽤的是电压表法测绘静电场，此⽅法更好，因为穿点数⽆需过多，⽆需排除法。（3）等位线和电⼒线之间有何关系？答：等位线和电⼒线互相垂直。3.分析讨论:

(1)从测绘的等位线和电⼒线的分布，试分析哪些地⽅场强较强，哪些地⽅场强较弱？

答：电⼒线和等位线越密，电场强度越⼤；电⼒线和等位线越疏，电场强度越⼩。（2）对电极和导电物质的电导率各有什么要求，为什么？两者相互接触的要求对实验结果有什么影响，为什么？

答：模拟的条件:导电物质应是不良导体，以确保导体是个等势体，其表⾯是等势⾯。两者互相接触会导致实验结果不准确，造成误差。

(3)在描绘同轴电缆的等位线簇时，如何正确确定等位圆的圆⼼？如何正确描绘等位圆？

答：描绘同轴电缆:找出两组等位圆的直径，直径交点及圆⼼,以圆⼼到各组某个描点的距离为半径画圆,就是等位圆。【五】误差讨论：

针对所计算的误差，详细分析其产⽣的原因。

1.系统误差:仪器⽼化或导电损坏，读数不准；测量半径时读数不准确。2.随机误差:导线连接太松导致电压波动较⼤。

3.粗⼤误差:穿点时探针⼿柄轻微移动或者⽅格纸有轻微移动；连线时作图不准确。