同轴电缆的稳恒电流场演示幻灯片.ppt

物 理 实 验 教 学 示 范 中 心,实验十五 用电流场模拟静电场,一、实验目的,四、实验内容,二、实验仪器及设备,五、实验记录,六、实验结果分析,三、实验原理,静电场是由电荷分布决定的。给出一定区域内电荷及电介质,分布和边界条件求解静电场分布，大多数情况求不出解析值，,因此要靠数值解法求出或用实验方法测出电场分布。由于静,电场中无电流通过，所以直接测量静电场的电位分布是很困,难的。如果用恒定电流场模拟静电场（二者分布相同），即,根据测量结果来描绘出与静电场对应的恒定电流场的分布，,从而确定静电场的电位分布，则是一种很方便的实验方法。,【实验目的】,1加深对电场强度和电势概念的理解。,2学习用模拟法测绘静电场的等势线和电力线。,3学习用图示法表达实验结果。,【实验仪器】,1静电场实验仪一套 2模拟电极,3交流毫伏表（或数字毫伏表)4坐标纸,【实验原理】,静电场是静止电荷周围的一种特殊物质。在对静电场以及电,子在静电场中运动规律的研究中，常常需要了解带电体周围,空间的电场分布情况。由于静电场中不存在电荷的运动，有,电流才有指示的测量仪表就无法进行直接测量。另外，若仪,器和测量探头进入静电场，必将引起电场分布的改变。所以,要直接对静电场进行测量是十分困难的，所以用“模拟法”进,行间接的测量。,在电磁理论中，稳恒电流的电场和相应的静电场的空间形式是,一致的。只要电极形状相同，电极电位相等，空间介质均匀，,在相应考察点，两者电位相等，或两者电场强度相等。这里,我们以同轴电缆为例，对稳恒电流场和静电场的这种“等效性”,进行解释。,1,同轴电缆的静电场,2,同轴电缆的稳恒电流场,实际模拟时，应根据静电场的对称性，选择合适的剖面进行模,拟。例如，无限长同轴电缆和无限长平行直导线的静电场，可,根据电力线的空间分布轴对对称性，选取横向剖面进行模拟。,图,1,（,b,）是同轴电缆静电场的横向剖面，图,3,（,b,）是无限长平,行直导线静电场的横向剖面。,如果静电场的分布是中心点对称的，如同心球壳的静电场，,相应的模拟电极也应是同心球壳。有兴趣的同学请参阅：,华中工学院、天津大学、上海交通大学三校合编的,物理实验，高等教育出版社1984年2月版。,在实验测绘中，考虑到电场强度,E,是矢量，电位,U,是标量，测,定电位就比测定场强容易实现。可先测绘出等位线，再根据,等位线与电力线处处垂直的关系，即可画出电力线。而电力,线上任一点的切线方向就是该点电场强度的方向，电力线的,疏密程度则代表了电场的强弱。这样，通过稳恒电流场的等,位线和电力线就能形象地表示静电场的分布情况。,【实验内容】,1,测绘同轴电缆的等位线,按图,4,连好线路，真空管毫伏表选择,10V,（或,1V,）挡。（先将,真空管毫伏表两输入端短路调零后再使用。）水槽内放入适,量的自来水，并使水槽内各处水深相同。把探针,T,和电极,A,接,触，调节分压电阻,R,，使真空管毫伏表满偏。然后在,A,和,B,两,电极间，每隔,1.0V,（或,0.10V,）测绘出等电位的点。每条等位,线上应对称地测绘出,8,个点或以上。,2,测绘平行直导线的等位线,选用图3所示的电极，测绘平行直导线的等位线。,3,选择其它电极测绘等位线（选作）,【数据记录与结果分析】,【思考题】,1电压表的内阻对等位线的测绘有无影响？如果水槽中A,和B电极之间的电阻约几十千欧，对电压表的内阻有何要求？,2试设计出同心球壳的静电场模拟模型。,