静电场描绘实验报告

首都师范大学

物 理 实 验 报 告

班 级____ _____ 组 别_____________

姓 名_ __ 学 号_____ 日 期__ __ 指导教师___ __

【实验题目】 静电场的描绘____ 【实验目的】

1. 了解静电场模拟的依据； 2. 学会用模拟法描绘静电场；

3. 测绘静电场的等位线、电力线。

【实验仪器】

HLD-DZ-IV型静电场描绘仪（包括双层电极架、同步探针、稳压电源和数字电压表），2张16开毫米坐标纸。

【实验原理】

电场强度是矢量，而电位分布是标量，在测量上要简便些，

而且比较以上两个方程式可知, 两个场的物理量所遵从的物

理规律具有相同的数学式。静电场中导体表面为等位面，而电流场中电极通常由良导体制成，同一电极上各点电位相等，所以两个场用电位表示的边界条件也相同，则两个场的解也相同（可能相差一个常数）。因而可以用稳恒电流场来模拟静电场，通过测量稳恒电流场的电位分布来求得所模拟静电场分布。这种利用几何形状和物理规律在形式上相似的，把不便于直接测量的量在相似条件下间接实现。 【实验内容】

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1将复写纸和坐标纸放置在上层支架板上，并用橡皮磁条压紧。 (1)按图6.5连接电路，并使探针头置于导电微晶上。 图6.5 电场描绘电路图

(2)开启电源开关，将内外选择开关扳向“内侧”，旋转“电压调节”旋钮使电压表指示为8V或一适当的电压值。

(3)将选择开关扳向“外侧”，寻找等位点。平移同步探针底座使电压表读数分别为1.00V、2.00V、3.00V、4.00V、5.00V、6.00V、7.00V时，轻轻按下上探针在坐标纸上打出一个点。每条等位线至少要测5个以上的等位点，且均匀分布在不同方位上。

(4)取下坐标纸，由一组等位点找出圆心依次画出各等位线，并标明每一条等位线的电位值；画出电力线。

(5)以为横坐标，Ur为纵坐标，绘出Ur—实验的正确性。 【原始数据】

Ur（V） r1（cm） r2（cm） r3（cm） r4（cm） r5（cm） r6（cm） r7（cm）

1.00 5.35 5.22 5.13 5.00 5.00 5.00 5.00 5.35

2.00 .3.70 3.60 3.40 3.40 3.40 3.50 3.60 3.70

3.00 2.50 2.60 2.50 2.48 2.55 2.40 2.38 2.50

4.00 1.90 1.90 1.73 1.70 1.60 1.60 1.70 1.70

5.00 1.40 1.30 1.20 1.15 1.10 1.10 1.15 1.30

6.00 1.10 1.10 0.65 0.65 0.70 0.85 1.00 1.10

7.00 0.80 0.75 0.60 0.50 0.45 0.45 0.60 0.70

曲线，看是否为直线，以验证

r8(cm)

【数据处理】

根据原始数据计算出在不同电压下，电位分布半径的平均值，和ln行下一步的实验数据分析

Ur（V）

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

，方便进

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（cm） ln

5.13

3.53

2.49

1.73

1.21

0.89

0.60

（cm） 1.64 1.26 0.91 0.55 0.19 -0.12 -0.51

【实验数据分析】

根据处理好的实验数据，画出以ln

为x轴，电压

U为y轴的平面直角坐标系。

静电场的描绘86420-0.500.5lnr

电压11.52

【思考题】

1 若将实验使用的电源电压加倍或减半，电极间的等位线、电力线的形状是否会发生变化?为什么?

答：不会；因为两电极间的等位线和电力线的分布和形状与两电极间的电位差大小无关 2 将电极间电压的正负极交换一下，绘出的等位线会有变化吗? 答：不会发生变化

3 测绘电力线时应注意什么问题？

答：按点的时候不要太用力，以免改变位置;每一圈（每个单位电压）要测量至少5个以上的点。

4 如果本实验中电源电压不稳定（如随时间经常变化等），是否会影响测量值？ 答：会