1、安徽三联学院基础实验教学中心大学物理实验静电场描绘静电场描绘静电场描绘主讲教师： 陶灵平安徽三联学院基础实验教学中心大学物理实验静电场描绘引言模拟法 和类比法很近似，是一种间接的测量方法。它是在实验室里先设计 出一个与被 研究现象或过程（即原型）相似的模型，然后通过模型， 间接地研究 原型规律性的实验方法。先依照原型的主要特征，创设一个相似的模型，然后通过 模型 来 间接研究 原型的一 种方法。根据 模型和原型之间的相似关系，模拟法可分为物理模拟和数学模拟 两种 。 物理模拟 就是保持同一物理本质的模拟，如用 “ 风洞 ” 中的飞机模型模拟飞机在大气中的飞行等。 数学模拟 是两个类比的物理现象
2、遵从的物理规律具有相似的数学表达式。如用稳恒电流场来模拟静电场就是基于这两种场的分布具有相同的数学形式。安徽三联学院基础实验教学中心大学物理实验静电场描绘引言当今 ，随着科学技术的高度发展，数学在各种科技领域中得到广泛运用，特别是电子计算机等先进技术的作用和推广，模拟法的应用范围也越来越宽阔，成为提出新的科学设想，探索未知世界不可缺少的或主要的研究方法之一。如人脑模拟、战术模拟训练、工程模拟以及模拟式经济管理等。教育教学中常用模拟教学、模拟训练、模拟游戏等方式进行控制条件下的综合性 研究。安徽三联学院基础实验教学中心大学物理实验静电场描绘 实验目的 实验原理及仪器 实验内容 数据处理 思 考
3、题 注意事项目 录安徽三联学院基础实验教学中心大学物理实验静电场描绘实验目的1、学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理 场；2、加深对各物理 场量如电场强度 和电力线、电位 概念等的 理解；3、初步学会用模拟法测量和研究二维 静电场。安徽三联学院基础实验教学中心大学物理实验静电场描绘一 、 模拟 的 理论依据实验原理及仪器模拟法本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的物理状态或过程，它要求这两种 状态或过程 有 一一对应 的两组物理量，而且这些物理量在这两种状态或过程中满足数学形式基本相同的方程及边界条件。稳 恒电流场与静电场是两种不同性质的场，但是它们两者
4、在一定条件下具有相似的空间分布，即两种场遵守规律在形式上相似，都可以引入 电位 ,电场强度 ， 都遵守高斯定律。 对于 静电场，电场强度在无源区域内满足以下积分关系 ：安徽三联学院基础实验教学中心大学物理实验静电场描绘实验原理及仪器对于 稳恒电流场，电流密度矢量 在 无源区域内也满足类似的积分 关系 :由此可见 和 在各自区域中满足同样的数学规律。在相同边界条件下，具有相同的解析解。因此，我们可以用稳恒电流场来模拟静电场。在模拟的条件上，要保证电极形状一定，电极电位不变，空间介质均匀，在任何一个考查点，均 应有 或。下面 通过具体实验来讨论这种等效性。安徽三联学院基础实验教学中心大学物理实验静
5、电场描绘实验原理及仪器二、 模拟长同轴圆柱形电缆的静电场1、同轴电缆 及其静电场 分布图 1，同轴电缆 及其静电场分布 安徽三联学院基础实验教学中心大学物理实验静电场描绘实验原理及仪器由 静电场中的高斯定理可知，距轴线的距离为 r处 (见图 1b)的各点电场强度 为如图 1所 示，在真空中有一半径 为 的 长圆柱形导体 A和一内半径 为 的 长圆筒形导体 B，它们同轴放置，分别带等量异号电荷。由高斯定理知，在垂直于轴线的任一载 面 S内 ，都有均匀分布的辐射状电场线，这是一个与坐标 Z轴无关的二维场。在二维场中，电场强度 E平行 于 XY平面 ，其等位面为一簇同轴圆柱面。因此只要研究 S面上的电场分布即可。式中 为 柱面每单位长度的电荷 量。（ 1）安徽三联学院基础实验教学中心大学物理实验静电场描绘实验原理及仪器两 柱面间电势差为 半径 为 r的任一点 与外圆柱面 间的 电势差为：式（ 3）代入（ 2），可得（ 2）（ 3）（ 4）（ 5）半径为 r处的电场强度为
