模拟静电场

【实验目的】

1. 学习模拟实验方法及用电压表与检流计测绘等势线。

2. 加强对电场强度和电位概念的理解，了解电力线与 等势线之间的关系。

3. 测绘同轴圆电缆及平行导线的等势线和电力线。

【实验原理】

1. 为何用模拟法测绘

了解带电体周围的电场分布情况对研究电子束及其它带电粒子在电场中的运动是必须的。计算经典电场分布通常是很困难的。大多数情况下只有数值近似解，而用实验方法来测绘电场分布情况比较容易。然而直接测量静电场也存在很大困难。通常保持一个恒定的静电场本身就比较困难。再者， 由于测量探针的引入会因静电感应而改变原被测电场。因此，在实验中通常用稳恒电流产生的电场 来模拟静电场，其理由是

（1）稳恒电源可建立稳定的电场

（2）探针的引入不会改变原来的电场分布

（3）稳恒电流的电场分布和静电场分布完全一样。

2.稳恒电流电场与相应电场的等效性

我们在实验中用同轴圆电缆的电场分布来模拟圆筒状电容器的电场分布，而用平行直导线的电场分 布来模拟二个带异种电荷的点电荷的电场分布。我们首先要证明这两种电场分布的等效性。 导体A与B的圆柱，分别带等量异种电荷。A、B间为真空时 r处的电场强度为:

距中心 r处的电势为：

如果A、B之间充满一种电阻为R的导体，A、B分别与电池正负极相连接。 r处的电场强度为:

距中心 r处的电势为：

3.实验方法：

测量电势比较方便。所以先测绘等势线。这里使用两种测量等势线的方法：一是电压表方法，它可以直接测出导电纸上某一点的电势（即与另一参考点的电势差），其优点在于方便 、直观，并且所测电势可连续变化。第二种方法是检流计法。它的优点在于测量精度较高。

【实验仪器】

静电场等位仪, 电阻箱

,

电流计, 电极1, 电极2, 接线 , ,

,

【实验步骤】

1． 用检流计法测绘同轴圆电缆中的等势线

a. 等位仪开关打“1”（电流档），并在一白纸上画上“米”字格 b. 将等位仪上的分压器置于2V，移动测笔C

c. 若此时通过检流计的电流为零，那么测笔C点的电势就与分压器上的标示值相同，为2V。 d. 用这种方法在米字格上找出点2V点

e.再依次将分压器置于4V，6V，8V。用同样的方法在米字格上移动测笔， 使检流计中电流为零，从而找出4V，6V，8V的等势点（每个等势值找8个等势点）。

2.用电压表法测绘平行直导线的等势线

a. 等位仪开关打到“2”（电压档）

b. 移动测笔,此时等位仪上电压表电压读数既为该点的电压值

c. 根据电压表的示值，依次找出5V，4V，6V，3V，7V，2V和8V的等势点 （每种电势找8个点）

【数据记录】

1．同轴电缆的等势线与电力线测绘 2.平行直导线等势线描绘

【预习思考题】

1. 为什么采用稳恒电流场模拟静电场？

2. 等势线与电力线间关系如何？绘制电力线时应注意什么？

3. 由公式求出ur=2.4.6.8伏的等势圆半径r

(a=10.0mm,b=49.5mm,ua=10.0v)

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4.本实验用哪两种方法测等势电压？试比较其优缺点

【复习思考题】

1． 电源电压增加，等位线、电力形状是否变化？

2． 从实验结果，是否能说明电极和导电纸间接触是否良好？如果某些地方 接触不良，会出现什么现象？

3． 从实验的结果能否说明导电纸各处电导率是否均匀？如果某处电导率高 ，将出现什么？试用图定性地描绘。

4． 在实验中，如果把二个电极的电源极性互换，其结果是否影响等势线与 电力线的形状？ ,