文档介绍：实验四静电场的描绘1、教学目标(1)学****用模拟法研究静电场;(2)描绘圆柱形电容器稳衡电流场的等势线,验证模拟法的正确性,从而加深对静电场概念的理解。(3)用作图法处理数据。2、教学难点和重点(1)理解圆柱形电容器静电场的分布E=,可用y=()和x=()是直线关系来验证;(2)理解模拟法的原理和方法;(3)理解接线电路的设计思想:补偿法以使G表电流为0,减小探针电流对电场分布的影响。3、实验仪器DF1731系列直流稳压电源、MF20型晶体管万用电表、AC5直流检流计、滑线变阻器(,)、、圆柱形电容器电极(包括记录用导电纸、复写纸、白纸)、游标卡尺、开关及导线(约10根)。注:该实验不能用普通直流电压表测量,因其内阻小,对电流场影响大。4、实验原理讲解概要(教材p59):用直流电压表直接测量静电场的电势困难,因为用电压表必须接通电流,而静电场中没有电流。此外,因为使用的测量仪器总是导体或电介质,与仪器相接的导线或探针必然是良导体,这些均不能移入被测静电场内,否则会改变待测静电场的分布。解决方法:用稳压电流场模拟静电场的实验设计分析依据:静电场和电流场虽本质上不同,但规律形式上具有相似性,测量方法及其原理:利用静电场和稳恒电场的相似性,用稳恒电场代替静电场进行测量。这种方法称为模拟法。设计思想:将测试的电极或导体置于一涂有碳粉的导电纸上并保持良好接触。再与直流电源相通,便在导电纸上形成了与被测电极或导体产生的稳衡电流场。利用高内阻的直流电压表,测定等势线,根据等势线与电场线正交的性质,便可绘出待测场的电场线,由此欲求的电场分布就完全清楚了。(P60-61)设内、。则Ua>Ub,其差为U0=Ua-Ub。在电场中的任意点P的半径为r,P点与B电极的电位差为Ur,则满足:(1)又根据高斯定理,电荷均匀分布的无限长圆柱体的场强大小为E=c/r(当ra<r<rb时)(2)式中C由圆柱体上线电密度决定,由以上二式可得(3)由于处,即,则(4)取,整理后得(5)(6)在此电场中,通过打点法找出等位线,从外电极向内电极,同心圆等位线的电位Ur(即Urb)逐步升高。对每一等位线,则有一组变量(Ur,r),可获一组(x,y),则可在XOY坐标系确定一点。在电场足描绘多少条等位线,则可在XOY坐标系描绘几个点,其连线应为直线。由该直线的斜率与截距可定出圆柱形电容器的内电极半径ra和外电极半径rb的值。5、实验内容主导思想:通过描绘圆柱形电容器中稳恒电流场的分布,从而得出圆柱形电容器中静电场的分布,分析其实验结果与理论推导得出的静电场分布是否吻合。从而检验模拟法的正确。主要实验步骤如下: 1)了解圆柱形电容器的结构,用游标卡尺测量其电极半径, 2)在圆柱形电容器铺平导电纸、复写纸和白纸,上好电极。(注意1:电极和导电纸接触良好;注意2:在导电纸上不要画线、扎孔、折叠。) 3)取电源参数E=6V,晶体管万用表量程(直流0~6V),检流计量程( 0~1mA)