实验?/p>
静电场的描绘
1
、教学目?/p>
(1)
学习用模拟法研究静电场;
(2)
描绘圆柱形电容器稳衡电流场的等势线,
验证模拟法的正确性,
从而加深对静电场概念的
理解?/p>
(3)
用作图法处理数据?/p>
2
、教学难点和重点
?/p>
1
)理解圆柱形电容器静电场的分?/p>
E=
C
r
,可?/p>
y=
?/p>
ln
r
)和
x=
?/p>
0
/
r
U
U
)是直线关系?/p>
验证?/p>
?/p>
2
)理解模拟法的原理和方法?/p>
?/p>
3
)理解接线电路的设计思想:补偿法以使
G
表电?
?/p>
0
,减小探针电流对电场分布的影?/p>
?/p>
3
、实验仪?/p>
DF1731
系列直流稳压电源?/p>
MF20
型晶体管万用电表?/p>
AC5
直流检流计、滑线变阻器?/p>
0.3A
?/p>
1.9K
?/p>
?/p>
?/p>
圆柱形电容器电极
(包括记录用导电纸?/p>
复写纸?/p>
白纸?/p>
?/p>
游标卡尺?/p>
开关及导线
(约
10
根)
?/p>
注:该实验不能用普通直流电压表测量,因其内阻小,对电流场影响大?/p>
4
、实验原理讲解概?/p>
(教?/p>
p59
?/p>
4.1
设计思想
问题:用直流电压表直接测量静电场的电势困难,因为用电压表必须接通电流,而静电场
中没有电流。此外,因为使用的测量仪器总是导体或电介质,与仪器相接的导线或探针?/p>
然是良导体,这些均不能移入被测静电场内,否则会改变待测静电场的分布?/p>
解决方法:用稳压电流场模拟静电场的实验设?/p>
分析依据:静电场和电流场虽本质上不同,但规律形式上具有相似性,
测量方法及其原理:利用静电场和稳恒电场的相似性,用稳恒电场代替静电场进行测量?/p>
这种方法称为模拟法?/p>
设计思想?/p>
将测试的电极或导体置于一涂有碳粉的导电纸上并保持良好接触?/p>
再与直流?/p>
源相通,便在导电纸上形成了与被测电极或导体产生的稳衡电流场。利用高内阻的直流电?/p>
表,测定等势线,根据等势线与电场线正交的性质,便可绘出待测场的电场线,由此欲求的
电场分布就完全清楚了?/p>
4.2
二共轴无限长均匀带电圆柱体间的静电场?/p>
P60-61
?/p>
设内、外电极之间的电位分别为
Ua.U
b
。则
Ua>U
b
,其差为
U
0
=Ua-U
b
。在电场中的任意?/p>
P
?/p>
半径?/p>
r
?/p>
P
点与
B
电极的电位差?/p>
Ur
,则满足?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
r
r
a
r
a
Edr
U
U
?/p>
1
?/p>
又根据高斯定理,电荷均匀分布的无限长圆柱体的场强大小?/p>
E=c/r
(当
r
a
<r<r
b
时)
?/p>
2
?/p>
式中
C
由圆柱体上线电密度决定,由以上二式可?/p>