穩(wěn)恒電流場模擬靜電場課件

模擬靜電場

任課教師熊宏齊模擬靜電場任課教師熊宏齊1

1.為什么要用模擬法？

2.實驗中用什么場來模擬靜電場？

3.穩(wěn)恒電流場形成的條件是什么？

4.用穩(wěn)恒電場模擬靜電場要注意哪些事項？

6.等勢面與電場線的關(guān)系？

7.儀器設(shè)置的巧妙之處。課前思考1.為什么要用模擬法？課前思考實驗目的（1）掌握模擬法的概念，學習用模擬法描繪靜電場。（2）通過對靜電場分布的研究，加強對電場強度和電位的了解。研究靜電現(xiàn)象或電子束的運動規(guī)律時，需要了解靜電場的電場分布情況。帶電體周圍靜電場分布在科學研究和工程技術(shù)中有重要的作用。實驗目的（1）掌握模擬法的概念，學習用模擬法描繪靜電場實驗原理計算十分復雜困難測量儀器的介入會改變原靜電場場的分布模擬法理論計算直接測量以相似性原理為基礎(chǔ)，用一種易于實現(xiàn)，便于測量的物理狀態(tài)或過程模擬另一種不易實現(xiàn)，不便測量的狀態(tài)或過程。實驗原理計算十分復雜困難測量儀器的介入會改變原靜電實驗原理

模擬法可以分成兩大類：

計算機模擬：兩個不同本質(zhì)的物理過程，用同一個數(shù)學方程來描述。物理模擬：保持同一物理場本身，相同的物理現(xiàn)象/過程縮小或放大模擬再現(xiàn)。

“風洞”的飛機模型模擬實際飛機在大氣中的飛行物理模擬分為幾何模擬、動力相似模擬、替代或類比模擬三類。本實驗屬于替代或類似模擬。實驗原理模擬法可以分成兩大類：物理模擬實驗原理1、靜電場的相似模擬——穩(wěn)恒電流場當電流場中的電極與靜電場中的導體有相同的形狀和位置，并且有相同的電位差時，可以證明，這兩種具有相同邊界條件的相同方程，有相同的解，即有相同的電位分布。例如：真空中柱狀電容器的靜電場電勢分布實驗原理1、靜電場的相似模擬——穩(wěn)恒電流場實驗原理AB同軸圓筒電極間的穩(wěn)流場中電勢分布：實驗原理AB同軸圓筒電極間的穩(wěn)流場中電勢分布：實驗原理2、穩(wěn)恒電流場模擬靜電場，要滿足以下實驗條件電極形狀應與被模擬的靜電場中的帶電體幾何形狀相同；穩(wěn)恒電流場中的導電介質(zhì)是不良導體且電導率分布均勻，并滿足電極電導率遠遠大于介質(zhì)的電導率；電極形狀和介質(zhì)具有對稱性時場量也具有對稱性，例如對于具有軸對稱性的電場，只要測量其中任何一個垂直于軸的截面的徑向電位分布就行了。實驗原理2、穩(wěn)恒電流場模擬靜電場，要滿足以下實驗條件電實驗原理3、介紹兩種電場實驗原理3、介紹兩種電場實驗原理2、聚焦電極實驗原理2、聚焦電極實驗儀器EQC-3型導電微晶靜電場描繪儀實驗儀器EQC-3型導電微晶靜電場描繪儀實驗儀器本實驗有兩種靜電場描繪儀箱，每個描繪儀箱裝有兩種不同形狀的電極，共四種電極，提供不同的電場供測繪。分別是同軸圓柱中的電場，聚焦電場，點狀非均勻電場，點條狀非均勻電場。實驗儀器本實驗有兩種靜電場描繪儀箱，每個描繪儀箱裝有兩實驗內(nèi)容靜電場描跡儀測繪同軸圓柱體中間區(qū)域的電場分布。改換同一靜電場描繪儀箱導電玻璃上的另一電極，描繪出對應的等勢線及電力線。使用兩種不同靜電場描繪儀箱的同學在完成本儀器兩種電極等勢線及電力線的描繪后，互相交換儀器（須告知任課老師），再描繪另外1～2種電極的等勢線及電力線。實驗內(nèi)容靜電場描跡儀測繪同軸圓柱體中間區(qū)域的電場分布坐標紙固定好；實驗中能不能移動？2.調(diào)節(jié)兩個電極間電壓為10.0V；10.00v實驗步驟坐標紙固定好；實驗中能不能移動？2.調(diào)節(jié)兩個電極間電壓為1實驗步驟3、等勢面的測量方法：

直接測量法將K1打向“直接”、K2打向“校正”，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕至10V；然后將K2打向“測量”，即可進行正常測量。檢零法將K1打向“檢零”、K3打向“設(shè)定”，調(diào)節(jié)設(shè)定調(diào)節(jié)旋鈕至需要的量值；然后將K3打向“檢零”即可測量。k2k3k1k4k5實驗步驟3、等勢面的測量方法：k2k3k1k4k5直接測量法檢零法C+-VG+-C等勢面的測量方法哪種方法更好？實驗步驟直接測量法檢零法C+-VG+-C等勢面的測量方法哪種方4、測量

實驗步驟畫一條曲線需要取15-20點電勢面、電場線實驗后再畫出如何評價實驗的準確性？EEab用同步探針探測不同電勢（0V、2V、4V、6V、8V、10V）的若干等勢點。4、測量實驗步驟畫一條曲線需要取15-20點電勢面、電實驗步驟5、測出各等勢線的半徑r實，并和同一電勢相對值（U/U0）時的半徑r理論相比較，計算相對誤差，并分析產(chǎn)生誤差的原因。U（V）02.04.06.08.010.0U/U000.200.400.600.801.00r理(cm)7.504.362.541.480.750.50r實(cm)誤差原因分析實驗步驟5、測出各等勢線的半徑r實，并和同一電勢相對實驗步驟

6、改換導電玻璃上的其它電極，描繪出對應的等勢線及電力線，方法同前。（任選1～2種電極形狀。）觀察思考如果電源電壓增加一倍，等勢線和電力線的形狀是否發(fā)生變化？電場強度和電勢分布是否發(fā)生變化？為什么？實驗步驟6、改換導電玻璃上的其它電極，描繪出對應的模擬靜電場

任課教師熊宏齊模擬靜電場任課教師熊宏齊20

1.為什么要用模擬法？

2.實驗中用什么場來模擬靜電場？

3.穩(wěn)恒電流場形成的條件是什么？

4.用穩(wěn)恒電場模擬靜電場要注意哪些事項？

6.等勢面與電場線的關(guān)系？

7.儀器設(shè)置的巧妙之處。課前思考1.為什么要用模擬法？課前思考實驗目的（1）掌握模擬法的概念，學習用模擬法描繪靜電場。（2）通過對靜電場分布的研究，加強對電場強度和電位的了解。研究靜電現(xiàn)象或電子束的運動規(guī)律時，需要了解靜電場的電場分布情況。帶電體周圍靜電場分布在科學研究和工程技術(shù)中有重要的作用。實驗目的（1）掌握模擬法的概念，學習用模擬法描繪靜電場實驗原理計算十分復雜困難測量儀器的介入會改變原靜電場場的分布模擬法理論計算直接測量以相似性原理為基礎(chǔ)，用一種易于實現(xiàn)，便于測量的物理狀態(tài)或過程模擬另一種不易實現(xiàn)，不便測量的狀態(tài)或過程。實驗原理計算十分復雜困難測量儀器的介入會改變原靜電實驗原理

模擬法可以分成兩大類：

計算機模擬：兩個不同本質(zhì)的物理過程，用同一個數(shù)學方程來描述。物理模擬：保持同一物理場本身，相同的物理現(xiàn)象/過程縮小或放大模擬再現(xiàn)。

“風洞”的飛機模型模擬實際飛機在大氣中的飛行物理模擬分為幾何模擬、動力相似模擬、替代或類比模擬三類。本實驗屬于替代或類似模擬。實驗原理模擬法可以分成兩大類：物理模擬實驗原理1、靜電場的相似模擬——穩(wěn)恒電流場當電流場中的電極與靜電場中的導體有相同的形狀和位置，并且有相同的電位差時，可以證明，這兩種具有相同邊界條件的相同方程，有相同的解，即有相同的電位分布。例如：真空中柱狀電容器的靜電場電勢分布實驗原理1、靜電場的相似模擬——穩(wěn)恒電流場實驗原理AB同軸圓筒電極間的穩(wěn)流場中電勢分布：實驗原理AB同軸圓筒電極間的穩(wěn)流場中電勢分布：實驗原理2、穩(wěn)恒電流場模擬靜電場，要滿足以下實驗條件電極形狀應與被模擬的靜電場中的帶電體幾何形狀相同；穩(wěn)恒電流場中的導電介質(zhì)是不良導體且電導率分布均勻，并滿足電極電導率遠遠大于介質(zhì)的電導率；電極形狀和介質(zhì)具有對稱性時場量也具有對稱性，例如對于具有軸對稱性的電場，只要測量其中任何一個垂直于軸的截面的徑向電位分布就行了。實驗原理2、穩(wěn)恒電流場模擬靜電場，要滿足以下實驗條件電實驗原理3、介紹兩種電場實驗原理3、介紹兩種電場實驗原理2、聚焦電極實驗原理2、聚焦電極實驗儀器EQC-3型導電微晶靜電場描繪儀實驗儀器EQC-3型導電微晶靜電場描繪儀實驗儀器本實驗有兩種靜電場描繪儀箱，每個描繪儀箱裝有兩種不同形狀的電極，共四種電極，提供不同的電場供測繪。分別是同軸圓柱中的電場，聚焦電場，點狀非均勻電場，點條狀非均勻電場。實驗儀器本實驗有兩種靜電場描繪儀箱，每個描繪儀箱裝有兩實驗內(nèi)容靜電場描跡儀測繪同軸圓柱體中間區(qū)域的電場分布。改換同一靜電場描繪儀箱導電玻璃上的另一電極，描繪出對應的等勢線及電力線。使用兩種不同靜電場描繪儀箱的同學在完成本儀器兩種電極等勢線及電力線的描繪后，互相交換儀器（須告知任課老師），再描繪另外1～2種電極的等勢線及電力線。實驗內(nèi)容靜電場描跡儀測繪同軸圓柱體中間區(qū)域的電場分布坐標紙固定好；實驗中能不能移動？2.調(diào)節(jié)兩個電極間電壓為10.0V；10.00v實驗步驟坐標紙固定好；實驗中能不能移動？2.調(diào)節(jié)兩個電極間電壓為1實驗步驟3、等勢面的測量方法：

直接測量法將K1打向“直接”、K2打向“校正”，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕至10V；然后將K2打向“測量”，即可進行正常測量。檢零法將K1打向“檢零”、K3打向“設(shè)定”，調(diào)節(jié)設(shè)定調(diào)節(jié)旋鈕至需要的量值；然后將K3打向“檢零”即可測量。k2k3k1k4k5實驗步驟3、等勢面的測量方法：k2k3k1k4k5直接測量法檢零法C+-VG+-C等勢面的測量方法哪種方法更好？實驗步驟直接測量法檢零法C+-VG+-C等勢面的測量方法哪種方4、測量

實驗步驟畫一條曲線需要取15-20點電勢面、電場線實驗后再畫出如何評價實驗的準確性？EEab用同步探針探測不同電勢（0V、2V、4V、6V、8V、10V）的若干等勢點。4、測量實驗步驟畫一條曲線需要取15-20點電勢面、電實驗步驟5、測出各等勢線的半徑r實，并和同一電勢相對值（U/U0）時的半徑r理論相比較，計算相對誤差，并分析產(chǎn)生誤差的原因。U（V）02.04.06.08.010.0U/U000.200.400.600.801.00r理