静电场的描绘(静电场的描绘实验总结)

一、静电场的描绘实验步骤

描绘静电场的实验步骤如下：1.准备实验材料：一个带有绝缘材料表面的金属容器、一根带有尖端的金属导线、一块带有毛细孔的绝缘材料板、一块带有刻度的纸片、一台万用电表。2.将金属容器放在平整的桌面上，确保其表面没有静电。3.将纸片固定在绝缘材料板上，使其成为一个可以移动的屏。4.将万用电表设置为直流电压测量模式，并连接导线的一端。5.将绝缘材料板放置在金属容器上方，与其保持一定的距离。6.将导线的尖端靠近绝缘材料板的毛细孔，同时记录电压值。7.移动纸片屏，将其放置在导线与绝缘材料板之间，使纸片上的刻度可以清晰地观察到。8.重复步骤6和7，记录不同位置的电压值和纸片上的刻度。9.根据记录的电压值和纸片上的刻度，绘制出静电场的等值线或等势线图。10.分析等值线的形状和密度，从而了解和描绘静电场的分布情况。

二、静电场的描绘实验总结

【实验目的】

1.学习用模拟法测绘静电场的原理和方法。

2.加深对电场强度和电位要领的理解。

3.用作图法处理数据。

【实验仪器】

静电场描绘仪、静电场描绘仪信号源、导线、数字电压表、电极、同步探针、坐标纸等。

【实验原理】

在一些科学研究和生产实践中，往往需要了解带电体周围静电场的分布情况。一般来说带电体的形状比较复杂，很难用理论方法进行计算。用实验手段直接研究或测绘静电场通常也很困难。因为仪表（或其探测头）放入静电场，总要使被测场原有分布状态发生畸变；除静电式仪表之外的一般磁电式仪表是不能用于静电场的直接测量，因为静电场中不会有电流流过，对这些仪表不起作用。所以，人们常用“模拟法”间接测绘静电场分布。

1、模拟的理论依据

模拟法在科学实验中有极广泛的应用，其本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程的研究，以代替不易实现、不便测量的状态或过程的研究。

为了克服直接测量静电场的困难，我们可以仿造一个与静电场分布完全一样的电流场，用容易直接测量的电流场模拟静电场。

静电场与稳恒电流场本是两种不同场，但是它们两者之间在一定条件下具有相似的空间分布，即两场遵守的规律在形式上相似。它们都可以引入电位U，而且电场强度E=－△U/△l；它们都遵守高斯定理：对静电场，电场强度在无源区域内满足以下积分关系

∮E·ds=0∮E·dl=0

对于稳恒电流场，电流密度矢量J在无源区域内也满足类似的积分关系

∮J·ds=0∮J·dl=0

由此可见，E和J在各自区域中满足同样的数学规律。若稳恒电流空间均匀充满了电导率为σ的不良导体，不良导体内的电场强度E′与电流密度矢量J之间遵循欧姆定律

J=σE′

因而，E和E′在各自的区域中也满足同样的数学规律。在相同边界条件下，由电动力学的理论可以严格证明：像这样具有相同边界条件的相同方程，其解也相同。因此，我们可以用稳恒电流场来模拟静电场。也就是说静电场的电力线和等势线与稳恒电流场的电流密度矢量和等位线具有相似线的分布，所以测定出稳恒电流场的电位分布也就求得了与它相似的静电场的电场分布。

2、模拟条件

模拟方法的使用有一定条件和范围，不能随意推广，否则将会得到荒谬的结论。用稳流电场模拟静电场的条件可归纳为几点：

（1）稳流场中电极形状应与被模拟的静电场的带电体几何形状相同。

（2）稳流场中的导电介质应是不良导体且电阻率分布均匀，并满足σ电极≥σ导电质才能保证电流场中的电极（良导体）的表面也近似是一个等位面。

（3）模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。

三、大学物理静电场实验测哪几种电极的电场分布

大学物理实验中常用的电极包括平行板电极、球形电极和点电荷电极。通过这些电极可以测量到静电场的分布情况。

平行板电极可用来研究均匀电场的分布，球形电极可以用来研究球对称电场的分布，而点电荷电极则可以用来研究点电荷周围的电场分布。

通过测量这些电极的电场分布，可以更深入地理解静电场的特性和规律，进而为理论物理提供实验数据支持。

四、为什么不直接测静电场的电势来描绘

直接测量静电场是很困难的，因为仪表（或其探测头）放入静电场中会使被测电场发生一定变化。如果用静电式仪表测量，由于场中无电流流过，不起作用。因此，在实验中采用恒定电流场来模拟静电场。即通过测绘点定电流场的分布来测绘对应的静电场分布。