2022-2023学年高二物理竞赛课件：用模拟法测绘静电场

盒 用模拟法测绘静电场 实验目的 (1)掌握双层式静电场实验装置的使用方法。 (2)学会用模拟法描绘静电场等势线。 (3)根据等势线与电场线之间的关系描绘无限长 同轴电缆静电场和静电聚焦场。 实验仪器 GVZ-3型导电微晶双层静电场描绘仪（一套）。 静电场是由电荷分布决定的，确定静电场的分 布对研究带电粒子与带电体之间的相互作用是 非常重要的。 一般，知道了电荷的分布就可以确定静电场的 分布。 复杂的带电体和电极周围静电场分布，用理 论方法（解析法，数值计算法）难于分析。 对于静电场直接测量也比较困难。 实验原理 以相似理论为依据，构造一个类同于研究对 象的物理过程或现象的模型，通过对该模型 的测试实现对研究对象的研究和测量，这种 方法称为模拟法”。 被模拟对象与直接测量量之间应存在相似性。 两组一一对应的物理量，满足相同的数学形式 本实验用电流场模拟静电场 模拟的理论依据 对于静电场，电场强度E在无源区域内满足以下积分 关系 乐Eds=0月E·d1=0 对于稳恒电流场，电流密度J在无源区域内也满足类 似的积分关系 乐jdS=0 jdi=o 模拟条件 (1)稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电 场中的带电体几何形状相同。 (2)稳恒电流场中的导电介质是不良导体，且电 导率分布均匀并满足0电极>)0电介质，才能保证电 流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等位 面。 1.无限长同轴电缆电位分布 西安电 西姿地子科效大学此版丝 西人电科B学此手 (a) (b) 图3-20-2同轴电缆及其静电场分布 (a)同轴电缆；(b)同轴电缆静电场的横向剖面 由静电场中的高斯定理可知，距轴线距离为r处各点电场强度为 K E= 距轴线的距离为r处的电位为 y,=V。-∫Edr=V。-Kln a 圆环的电位 b -Vb Va V=V-KIn K b a b In In a V. =V b In a 2.静电聚焦场 静电聚焦场是一种用 (A1 A 途广泛的电场，电子 显示系统中的聚焦部 Z 分都使用聚焦场。电 位分布复杂。 实验步骤 1.描绘无限长同心电缆中的电场电位分布 (1)在双层式静电场模拟装置的上层夹好坐标纸，连接 好电路，调节电源输出电压为10V,接通电源 (2)右手扶住探针支架的底座并轻轻移动，记录下电压 值为1.0V时探针的位置，并在坐标纸上标明电压值。 注意：为方便处理数据我们在记录时至少要记录下八个 等势点而且要均匀分布。 (3)依照第(2)步依次记录下电位为2.0V、3.0V、4.0V、 5.0V、6.0V、7.0V、8.0V、9.0V等势圆周上的点 (4)找出圆心，画出等势圆。根据电场线与等势线处处 正交的特点画出电场中的电场线（五条）。