1、 电 磁 学 实 验 电 子 讲 稿1实验项目编号：060200204实验项目名称：静电场的描绘实验目的：1学习用模拟法研究静电场；2描绘同轴圆柱形电缆静电场的等位线和电场线。实验原理： 1、静电场与稳恒电流场静电场与稳恒电流场本是不同的场，但是可以看到它们的相似性，它们都引入了电势 ，它们都遵守高斯定理，稳恒电流场与静电场满足相同的场U方程：（闭合面内无电源）， （稳恒电流场）0Sdj0ldj（闭合面内无电荷）， （环路定理）EE若二者有相同的边界条件，则场分布必定相同，故可用电流场来模拟静电场。2、同轴无限长圆柱形电缆线的静电场和电流场：1）无限长带电同轴圆柱形电缆中的静电场：druqE2
2、0 CrkdqrdEr ln20应用边界条件：r=r b时， ； 时， 代入上式，得：0baaUu则： )ln(abrUk )ln(abrrbkcl rUdruEabr 1)l(UbrbraEr+q-qUa电 磁 学 实 验 电 子 讲 稿22）同轴圆柱形电缆线的电流场：由欧姆定律可知，距圆心 r 处，宽为 dr 的圆环的电阻为：rldR)ln(2rrlbrb)ln(2ababR令 ，0bU则 )ln(ababrRI所以： )(l abrbrUIu电流场： rrr EduE3）利用等势线与电流线相互正交，则可画出电流线，亦即电场线。实验仪器：GVZ-3导电微晶静电场描绘仪、静电场描绘专用电源G
3、VZ-3型、坐标纸1. 照片 2. 实验装置rbradrr厚度为 lUa Ub电 磁 学 实 验 电 子 讲 稿3GVZ-3 导电微晶静电场描绘仪（包括导电微晶、双层固定支架、同步探针等），如上图所示，支架采用双层结构，上层放记录纸，下层放导电微晶。电极已直接制作在导电微晶上，并将电极引线接出到外接线柱上，电极间制作有导电率远小于电极且各项均匀的导电介质。接通电流电源（10V）就可进行实验。在导电微晶和记录纸上方各有一探针，通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上，两探针始终保持在同一铅垂线上。移动手柄座时，可保证两探针的运动轨迹时一样的。由导电微晶上方的探针找到待测点后，按一下记录纸上方的探
4、针，在记录纸上留下一个对应的标记。移动同步探针在导电微晶上找出若干个电位相同的点，由此可描绘出等位线。实验内容及要求：1、测试稳恒电流场的等位线。把静电场描绘专用电源，“电压调节”旋钮逆时针旋到底；连接电源输出电压端钮与导电微晶静电场描绘仪输入端钮；连接探针测量端钮与探针端钮；将坐标纸放在所测的静电场的位置，调节好上下探针的高低；接通电源，打开电压调节“开关”，“校正”“测量”开关调至校正，调节电压调节旋钮，使电压输出在 10V 左右；“校正”“测量”开关调至“测量”利用探针进行电位测试，一般要求测试四条等位线，四条等位线空间分布比较均匀，每条等位线测 8-16 等位点（不要忘记标明它的电势值
5、）；实验完毕后，将电压调节旋钮逆时针旋到底，关闭电源，拆除所有连接线，并整理好仪器。2、利用模拟法画出电场线。思考题：1、 用稳恒电流场模拟静电场的理论依据是什么？2、 用稳恒电流场模拟静电场的条件是什么？3、 等势线和电力线之间有什么关系？讨论题：1、在模拟同轴电缆电场分布时，电源电压加倍或减半，电极间的等势线、电力线的形状是否变化？电场强度和电势的分布比例和相对大小是否变化？2、从测绘的等位线和电力线的分布，试分析哪些地方场强较强，哪些地方场强较弱？ 3、电极与导电纸是否接触良好是本实验的关键。若某处接触不好，可引电 磁 学 实 验 电 子 讲 稿4起等位线怎样变化？怎样检查导电纸与电极是否接触良好？4、 试解释在有限大小导电纸上等位线的实验曲线为何不都是圆的。
