静电场的描绘，静电场的描绘word文档下载_行空天马

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静电场的描绘，静电场的描绘word文档下载

(2011-05-24 17:47:15)

标签：

杂谈

分类：电子元件技术

静电场的描绘，静电场的描绘word 文档下载

《静电场的描绘》教学目标：

• 学习用模拟法研究静电场；

• 测绘静电场的分布，加深对电场的认识。

重点与难点

• 重点：用稳恒电流场模拟静电场的实验依据；用电压补偿法来描绘等势线的原理和方法；

• 难点：静电场的分布和电场的认识，用电压补偿法来描绘等势线的实验方法。

实验内容

• 连接电路，调节电源的输出电压，使A、B电极的电压为U_o。

• 描绘同轴圆柱电极间的等势线五条、电力线八条；

• 测量圆柱电极A、B的半径r_a、r_b，列表记录五条等势线的U_r、r_理、 http://202.192.168.54/dxwlsy/CLASSDA/JIAOAN/images/jingdi79.gif 、lg http://202.192.168.54/dxwlsy/CLASSDA/JIAOAN/images/jingdi80.gif 、E_r。

• 以U_r为纵坐标、lgr为横坐标，作出U_r―lgr的关系图；

• 用最小二乘法（或作图法）求出U_r―lgr关系图的直线斜率b和截距a，列出关系式

U_r = blg r+a，并分别与理论值相比较。

教学方法

l 采用讨论式、提案式教学方法

教学过程设计

一．讨论

1．直接测量静电场的困难何在？

静电场是用电场强度 E（矢量）或电势U（标量）的空间分布来描述。由于标量在计算和测量上比矢量简便，所以常用电势的分布来描述电场的分布。

因为静电场中无电流，不能使用磁电式仪表直接测量，而只能使用较复杂的静电仪表和相应的测量方法；但用静电式仪表测量就要用到金属制的探头，而伸入静电场中的金属探头将使静电场发生显著的变化，使测量失去意义。所以，直接测量静电场的分布往往很困难。

2．什么是模拟法？用模拟法有何条件？模拟法有什么优点？

模拟法就是利用空间几何形状和物理规律等条件在形式上相似的原理，把不便于直接测量的实验在相似的条件下间接地实现，模拟法是物理实验的常用方法之一，而在科学研究和工程设计中都常常采用。

本实验用稳恒电流场来模拟静电场的条件：稳恒电流场和静电场的空间电极形式与边界条件都相同，则这两种场可以相互模拟。这表示通过测量稳恒电流场的电势分布可以了解相应静电场的电势分布。

模拟法的优点：测量稳恒电流场中的电位比测量静电场中的电位要简单易行得多。

3．实验测出的是等势线，怎样画出电力线？一幅完整的实验电力线图应包括哪些内容？

根据静电场理论E = - http://202.192.168.54/dxwlsy/CLASSDA/JIAOAN/images/jingdi82.gif ，可知电场强度E 在数值上等于电势在法线方向

上的变化率，其方向指向电势降落的方向；如果电场中任意两相邻等势面间的电势差相同，则等势面较密处，场强较大；反之，场强较小。根据等势线（面）和电力线正交的关系，可画出电力线。

一幅完整的实验电力线图应包括的内容：包含A、B电极的电势分布图，每条等势线必须表明其电位值，根据电力线与等势线的关系，均匀、对称地作出（8条）电力线分布图，每条电力线必需标明其方向。如果A电极带正电，B电极带负电，则电力线起于A电极表面，终止于B电极。

4．等势线的分布与电力线的分布的关系：电力线与等势线（面）是互相 垂直（或正交） 、电力线的方向是从电位高的等势线指向电位低的等势线，两相邻等势面间的电势差相等，其等势线分布越密的地方，电场强度较大。

5．同轴圆柱电极实验仪的圆柱电极A、B半径分别为r_a、r_b，A电极比B电极的电位高，电极A、B的电压为U_o。要验证稳恒电流场模拟静电场的可行性与正确性，就是要验证模拟场实测电位U_r 与半径r能满足 http://202.192.168.54/dxwlsy/CLASSDA/JIAOAN/images/jingdi83.gif 表达的关系式，即模拟场实测的U_r―lgr关系

图的直线截距a和斜率b应分别与静电场的

http://202.192.168.54/dxwlsy/CLASSDA/JIAOAN/images/jingdi85.gif相对应。

6．本实验是采用 稳恒电流场 的电势分布来模拟 静电场 的电势分布。描绘等势线的实验电路图1是 电压补偿 法的电路，图中R_t的作用是 检流计的保护电阻，可改变检流计的灵敏度 ，R_t开始时应取最大值，准确测量等势点时R_t应取零值。

7．如何测绘等势线？

按实验电路图1接线，电压表选15伏量程。先将探针C悬空，将分压器R的滑动端D移到最高电位A端，调节电源使电压表显示电极A、B电压U_o=10V；要测绘U _r等势线时，调节分压器R的滑动端D，使电压表的读数为待测的等势线的电位U _r，再把探针C放入稳恒电流场中，移动针C的手柄座，使其下层的探针在导电纸上移动，当检流计G指零（R_t为零值）时，用上层探针在坐标纸上扎孔记下相应的位置；将所测得的等势点连起来就是U _r等电势线，并在该等势线上标明其电位U _r值。（注意：测另一条等势线，改变电压表的U_r值之前，要先将同步探针C悬空，以免错误。）

http://202.192.168.54/dxwlsy/CLASSDA/JIAOAN/images/jingdi86.gif

8．怎样求等势线的平均半径值？

用虚线把各等势点连结成等势线，根据所测出的电势分布图，对称地找出圆心O，用直尺分别测出圆心到几个等势点的距离，再求出它们的平均值。

二．课后思考题

1．测试过程中，在检流计发生偏转的情况下，电场是否会发生畸变？为什么？

2．若将实验使用的电源电压加倍（或减半），实验测得等势线形状和电力线形状是否会发生变化？

3．若同轴圆柱电极外圈B接电源高电位、内圈A接电源低电位，U_r公式如何？请画出实验电路图。

提示： http://202.192.168.54/dxwlsy/CLASSDA/JIAOAN/images/jingdi87.gif