實驗一靜電場的描繪

時間：2023-05-01 03:45:54 資料我要投稿

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實驗九靜電場的描繪

實驗性質：綜合性實驗

教學目的和要求：1、學習用模擬法研究靜電場。

2、描繪等勢線，繪畫電場線。

一．檢查學生的預習情況

檢查學生預習報告:內容是否完整，表格是否正確。

二．實驗儀器和用具：YJ—MJ—III模擬靜電場描繪儀（包括電源、點電極、激光探針、連接線等）。

三．講解實驗原理：

1.靜電場的基本性質

靜電場是由靜止電荷激發的電場。電場的基本特性是對靜止或運動的電荷有作用力，由于電是一種力場，場具有“能”與“力”的性質，因此其他帶電粒子在具有電場的空間中將具有“勢能”并受到一定的“作用力”。也就是我們所說的電勢和電場強度。為形象地描述場強的分布，在電場中人為地畫出一些有方向的曲線，曲線上一點的切線方向表示該點場強的方向，也是電勢降低的方向。電場線的疏密程度與該處場強大小成正比。

2．靜電場不能直接測量的原因

靜電場可以用電場強度E或電勢U的空間分布來描述，本實驗討論的靜電場的描繪是探索它的電勢U的空間分布，因為場強E是矢量，電勢是標量，在測量上要簡單一些。但是直接測量靜電場中各點的電勢也是很困難的，這是因為靜電場中不會有電流，不能用直流電表直接測量，除非用靜電式的儀表測量，但是用靜電式的儀表測量就要用到金屬做的探頭，金屬探頭放到靜電場中就會使原來的電場分布發生顯著的變化，就算測量得到了數據也是不準確的。所以，通常用“模擬法”間接測量靜電場的分布。

3．模擬法的原理

模擬法就是使用一種易于實現、便于測量的物理狀態或過程模擬不易實現、不便測量的狀態和過程，但是要求這兩種狀態或過程有一一對應的兩組物理量，滿足相同的物理或數學規律和邊界條件。在相同的邊界條件下，具有相似的解或表達式。模擬法在科學實驗和其他領域中有廣泛的應用。

4．什么是穩恒電流場？為什么可以用穩恒場來模擬靜電場？

帶電粒子的定向運動就叫做電流。描述電流場的物理量有場強和電流密度矢量，各點的電流密度都不隨時間而變化的電流叫做穩恒電流。簡單的說就是在穩恒電流的情況下，從閉合面流進去的電流強度必然等于從該閉合面流出去的電流強度。因此可以肯定，在穩恒電流場中，導體各處的電荷分布都不隨時間而變。

穩恒電流場與靜電場是兩種不同性質的場，但是它們在一定條件下具有相似的空間分布，即兩種場遵守規律在形式上相似，都可以引入電位U ，電場強度E = －?U，都遵守高斯定律和安培定律。

?靜電場無源區域穩恒電流場電流密度矢量J在無源區域

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和在各自區域中滿足同樣的數學規律。在相同邊界條件下，具有相同的http://salifelink.com/news/557020C8F2983C86.html解析解。因此，我們可以用穩恒電流場來模擬靜電場。

6．模擬滿足的三個條件

模擬方法的使用有一定的條件和范圍，不能隨意推廣，否則將會得到荒謬的結論。用穩恒電流場模擬靜電場的條件可以歸納為下列三點：

(1)穩恒電流場中的電極形狀應與被模擬的靜電場中的帶電體幾何形狀相同；