模擬靜電場實驗的改進裝置

① 靜電場模擬測繪的[裝置介紹]

如圖18－3所示,GVZ-3型導電微晶靜電場描繪儀由雙層結構的電極架和同步探針兩部分組成回.
電極架分上下兩層,上層答用來放置描跡記錄紙,下層為導電微晶和待測電極.同步探針出由兩根相同的彈簧鋼條安裝在金屬手柄兩端組成.下探針用來探測模擬場中各點的電勢,上探針則在記錄紙上扎眼以記錄相應場點的位置.
圖18－3 GVZ-3型靜電場測繪儀專用電源如18－4所示.其使用方法如下:
打開電源開關.把功能開關倒向「校正」擋,然後調節「電壓調節」旋鈕，這時顯示屏上的指示值就是電極架下層的兩個待測電極之間的電壓.
然後把功能開關倒向「測量」擋,這時顯示屏上的指示值就是探針所在位置處的電壓值,也就是測量值.
圖18－4

② 用穩恆電流場模擬靜電場實驗報告

用穩恆電場模擬靜電場這個實驗，要求用來模擬帶電導體的電極是一個導電性良好的導體，用來模擬電介質的必須是導電性不太好的不良導體。

③ （1）在用電流場模擬靜電場描繪電場等勢 線的實驗中，給出下列器材，應選用是______（用字母表示）．A.6V

（1）A、B、C本實驗恆定電流場模擬靜電場，a電極相當於正電荷，b電極相當於負電荷，需要低壓直流電流，故AC錯誤，B正確．
D、E要用探針找到等勢點，電流表的靈敏度較高，指針能向左、右偏轉．故D錯誤，E正確．
故選：BE．
（2）將一個探針固定於y軸上的某一點，將另一探針由O點左側沿x軸正方向移到O點右側的過程中，兩探針間電勢差先減小後增大，則靈敏電流表G的指針與零刻度夾角先變小後變大．故D正確，ABC錯誤．
故答案為：（1）BE，（2）D

④ 靜電場模擬測繪的[原理]

電場強度和電勢是表徵電場特性的兩個基本物理量,為了形象地表示靜電場,常採用電場線(曾稱電力線)和等勢面來描繪靜電場.電場線與等勢面處處正交,因此有了等勢面的圖形就可以大致畫出電場線的分布圖,反之亦然.
由電磁學理論可知,無自由電荷分布的各向同性均勻電介質中的靜電場的電勢、與不含電源的各向同性均勻導體中穩恆電流場的電勢,兩者所遵從的物理規律具有相同的數學表達式.在相同的邊界條件下,這兩種場的電勢分布相似,因此只要選擇合適的模型,在一定條件下用穩恆電流場去模擬靜電場是可行的.下面通過實例來分析. 如圖18－1（a）所示,真空中有一個半徑為r1的長直圓柱導體A和一個內半徑為r2的長直圓筒導體B,它們的中心軸重合,沿軸線每單位長度上內外柱面各帶電荷+σ和－σ，出於對稱性,在垂直於軸線的任一截面S內,電場線沿半徑方向呈均勻輻射狀分布,其等
圖18－1
勢面是不同半徑的圓柱面.為了計算A、B間靜電場的電勢分布,沿軸線方向取一單位長度、底面半徑為r的同軸圓柱體的表面為高斯面.在S面內,高斯面如圖18－1(b)的虛線圖所示,由於此高斯面的上下底面沒有電場線穿過,設圓柱側面上各點的電場強度為E,由高斯定理得2πrE = σ/ε0,即
（18－1）
因為外柱面接地點為零電勢點,由電場強度與電勢的積分關系,在A、B兩柱面之間距圓柱中心軸為r處的電勢
（18－2）
同理可得A柱的電勢
將上式與(18－2)式相除,得相對電勢分布
（18－3）
由此式可知,在r1、r2和V1給定的條件下,相對電勢Vr/V1僅僅是距離r的函數,而且與1nr成線性關系. 為了仿造一個與靜電場分布相似的模擬場,我們設計出的裝置稱為「模擬模型」.模擬模型是把圓環形金屬電極A和圓環形金屬電極B同心地置於一層均勻的導電介質S′
圖18－2
上,如圖18－2（a）所示. 當給兩電極加上規定的電壓V1'後,在A、B電極之間的導電介質S'上就會產生一個穩定的電流分布.導電介質由導電微晶製成,它的電阻率比金屬電極大很多,因此導電微晶是不良導體.設其厚度為t,電阻率為ρ,電極A的半徑為r1,電極B的半徑為r2,則半徑為r到r+dr的圓周間導電微晶的電阻為
（18－4）
半徑為r到半徑為r2的圓周之間的電阻
（18－5）
同理,半徑為r1的A電極到半徑為r2的B電極之間電阻為
（18－6）
於是兩電極之間的總電流為
（18－7）
設外環的電勢為零,即 =0,內環的電勢為 ,距環心為r(r1<r<r2)處的電勢
整理得相對電勢分布
（18－8）
此式說明,模擬電流場的相對電勢分布與靜電場的相對電勢分布（18－3)式相同,只要模擬模型的r1、r2和 與長直同軸柱面的r1、r2和V1相同,必然有 ,由此有
所以模擬場與靜電場的電場強度和電勢的分布是相同的,如圖18－2（b）所示.因此,我們得出結論:穩恆電流場可以模擬某些帶電導體的靜電場.實際上,只有極簡單情形下的一些靜電場的電勢分布函數能用解析方法求出,所以通過模擬法來測量靜電場就具有實際應用價值.

⑤ 《電流場模擬靜電場》實驗的改進及不足

模擬法本質上使用一種易於實現、便於測量的物理狀態或過程模擬不易實現、不便測量的狀態和過程，要求這兩種狀態或過程有一一對應的兩組物理量，且滿足相似的數學形式及邊界條件。一般情況，模擬可分為物理模擬和數學模擬，對一些物理場的研究主要採用物理模擬（物理模擬就是保持同一物理本質的模擬），例如用光測彈性模擬工件內部應力的分布等。數學模擬也是一種研究物理場的方法，它是把不同本質的物理現象或過程，用同一數學方程來描繪。對一個穩定的物理場，若它的微分方程和邊界條件一旦確定，其解是唯一的。兩個不同本質的物理場如果描述他們的微分方程和邊界條件相同，則他們的解是一一對應的，只要對其中一種易於測量的場進行測繪，並得到結果，那麼與它對應的另一個物理場的結果也就知道了。由於穩衡電流場易於實現測量，所以就用穩衡電流場來模擬與其具有相同數學形式的其他物理場。
我們還要明確，模擬法是實驗和測量難以直接進行，尤其是在理論難以計算時，採用的一種方法，它在工程設計中有著廣泛的應用。

⑥ 靜電跳球實驗的改進辦法

當裝有金屬小球的圓形容器上下兩極金屬板分別帶有正、負電荷時，此時金屬小球也帶有與下板同號的電荷。根據同號電荷相斥、異號電荷相吸的原理，金屬小球受下極板的排斥和上極板的吸引，躍向上極板。一旦金屬小球與上極板接觸後，金屬小球所帶的電荷被中和反而帶上了與上極板相同的電荷，於是又被排斥返回下極板。如此周而復始，可觀察到金屬小球在密閉的容器內上下跳動。當兩極板電荷被完全中和時，金屬小球隨之停止跳動。

⑦ 靜電場模擬實驗中等位線產生偏差的原因

靜電場模擬實驗中等位線產生偏差的原因如下：
實驗中在描繪同一等位線上的不同點時，回因手柄座是在一答定范圍內隨機移動，因而所有等位點並非向相同方向平移，導致描繪的等位線與原分布不同，即發生畸變。
消除等位線偏差的方法如下：
要消除這種偏差，必須重新調整定位針與探針在同一鉛垂線上，而這在實際實驗中是比較困難和費時的。因實驗裝置不合條件，影響了測量結果和實驗效果。為此，我們對平移裝置和描繪方法做了適當的改進，以消除實驗裝置形變對測量結果產生的影響。

⑧ 用穩恆電流場模擬靜電場中對實驗條件有哪些要求

1、電位函數連續；

2、電流密度的法向分量連續。即，當電介質的分布及非靜電力給定時，可根據以上方程確定穩恆電場和電流的分布。

穩恆電流場的電位同靜電場的電位滿足相同的拉普拉斯方程（見泊松方程和拉普拉斯方程），當它們具有相似的邊界時，方程的解是相似的。因此可用穩恆電流場模擬靜電場，這是實驗研究靜電場的常用方法。

(8)模擬靜電場實驗的改進裝置擴展閱讀

電場強度和電勢為表徵電場特性的兩個基本物理量，為了形象地表示靜電場，常採用電場線(曾稱電力線)和等勢面來描繪靜電場。電場線與等勢面處處正交，因此有了等勢面的圖形就可以大致畫出電場線的分布圖，反之亦然。

由電磁學理論可知，無自由電荷分布的各向同性均勻電介質中的靜電場的電勢、與不含電源的各向同性均勻導體中穩恆電流場的電勢，兩者所遵從的物理規律具有相同的數學表達式。在相同的邊界條件下，這兩種場的電勢分布相似，因此只要選擇合適的模型，在一定條件下用穩恆電流場去模擬靜電場是可行的。