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實(shí)驗(yàn)一靜電場的描繪

時(shí)間:2023-05-01 03:45:54 資料 我要投稿
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實(shí)驗(yàn)一靜電場的描繪

實(shí)驗(yàn)九 靜電場的描繪

實(shí)驗(yàn)性質(zhì):綜合性實(shí)驗(yàn)

教學(xué)目的和要求:1、學(xué)習(xí)用模擬法研究靜電場。

2、描繪等勢線,繪畫電場線。

一.檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況

檢查學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告:內(nèi)容是否完整,表格是否正確。

二.實(shí)驗(yàn)儀器和用具:YJ—MJ—III模擬靜電場描繪儀(包括電源、點(diǎn)電極、激光探針、連接線等)。

三.講解實(shí)驗(yàn)原理:

1.靜電場的基本性質(zhì)

靜電場是由靜止電荷激發(fā)的電場。電場的基本特性是對靜止或運(yùn)動(dòng)的電荷有作用力,由于電是一種力場,場具有“能”與“力”的性質(zhì),因此其他帶電粒子在具有電場的空間中將具有“勢能”并受到一定的“作用力”。也就是我們所說的電勢和電場強(qiáng)度。為形象地描述場強(qiáng)的分布,在電場中人為地畫出一些有方向的曲線,曲線上一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)場強(qiáng)的方向,也是電勢降低的方向。電場線的疏密程度與該處場強(qiáng)大小成正比。

2.靜電場不能直接測量的原因

靜電場可以用電場強(qiáng)度E或電勢U的空間分布來描述,本實(shí)驗(yàn)討論的靜電場的描繪是探索它的電勢U的空間分布,因?yàn)閳鰪?qiáng)E是矢量,電勢是標(biāo)量,在測量上要簡單一些。但是直接測量靜電場中各點(diǎn)的電勢也是很困難的,這是因?yàn)殪o電場中不會(huì)有電流,不能用直流電表直接測量,除非用靜電式的儀表測量,但是用靜電式的儀表測量就要用到金屬做的探頭,金屬探頭放到靜電場中就會(huì)使原來的電場分布發(fā)生顯著的變化,就算測量得到了數(shù)據(jù)也是不準(zhǔn)確的。所以,通常用“模擬法”間接測量靜電場的分布。

3.模擬法的原理

模擬法就是使用一種易于實(shí)現(xiàn)、便于測量的物理狀態(tài)或過程模擬不易實(shí)現(xiàn)、不便測量的狀態(tài)和過程,但是要求這兩種狀態(tài)或過程有一一對應(yīng)的兩組物理量,滿足相同的物理或數(shù)學(xué)規(guī)律和邊界條件。在相同的邊界條件下,具有相似的解或表達(dá)式。模擬法在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和其他領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。

4.什么是穩(wěn)恒電流場?為什么可以用穩(wěn)恒場來模擬靜電場?

帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)就叫做電流。描述電流場的物理量有場強(qiáng)和電流密度矢量,各點(diǎn)的電流密度都不隨時(shí)間而變化的電流叫做穩(wěn)恒電流。簡單的說就是在穩(wěn)恒電流的情況下,從閉合面流進(jìn)去的電流強(qiáng)度必然等于從該閉合面流出去的電流強(qiáng)度。因此可以肯定,在穩(wěn)恒電流場中,導(dǎo)體各處的電荷分布都不隨時(shí)間而變。

穩(wěn)恒電流場與靜電場是兩種不同性質(zhì)的場,但是它們在一定條件下具有相似的空間分布,即兩種場遵守規(guī)律在形式上相似,都可以引入電位U ,電場強(qiáng)度E = -?U,都遵守高斯定律和安培定律。

?靜電場無源區(qū)域 穩(wěn)恒電流場電流密度矢量J在無源區(qū)域

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和在各自區(qū)域中滿足同樣的數(shù)學(xué)規(guī)律。在相同邊界條件下,具有相同的http://m.msguai.com/news/557020C8F2983C86.html解析解。因此,我們可以用穩(wěn)恒電流場來模擬靜電場。

6.模擬滿足的三個(gè)條件

模擬方法的使用有一定的條件和范圍,不能隨意推廣,否則將會(huì)得到荒謬的結(jié)論。用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場的條件可以歸納為下列三點(diǎn):

(1)穩(wěn)恒電流場中的電極形狀應(yīng)與被模擬的靜電場中的帶電體幾何形狀相同;

(2)穩(wěn)恒電流場中的導(dǎo)電介質(zhì)是不良導(dǎo)體且電導(dǎo)率分布均勻,并滿足

(3)模擬所用電極系統(tǒng)與模擬電極系統(tǒng)的邊界條件相同。

四.演示實(shí)驗(yàn),講解實(shí)驗(yàn)步驟:

1. 把儀器連接成電流場回路和測量回路,在有機(jī)玻璃平臺(tái)上鋪上描繪用坐標(biāo)紙,并用夾子夾穩(wěn)。

2. 激光探針放在電極上,調(diào)節(jié)“電壓調(diào)節(jié)”電位器,使YJ—MJ—III模擬靜電場描繪儀輸出電壓為10V。

3. 用激光探針在電極間探出電位相同的點(diǎn)且描下它們在電極坐標(biāo)系的位置,分別繪出1V、3V、5V、7V的等位線。

4. 根據(jù)等位線和電力線互相垂直的關(guān)系畫出各組電極的電場線。

5.得出結(jié)論。

強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng):

(1) 同一條等勢線上的點(diǎn)分布要均勻,

(2)等勢線的疏密要表示出場強(qiáng)的大小

五.模擬的靜電場圖:

六.結(jié)論:

七.指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)

在此期間注意觀察學(xué)生做實(shí)驗(yàn)并及時(shí)糾正學(xué)生錯(cuò)誤的或不當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作,運(yùn)用啟發(fā)式引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)所遇到的疑問。

八.實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢查

作出來的等勢線是不是一組同心圓?等勢線分布的疏密情況怎么樣?

九.作業(yè):

1. 本次實(shí)驗(yàn)報(bào)告

2. 預(yù)習(xí)下次實(shí)驗(yàn)

十.課后總結(jié)與分析

學(xué)生對模擬法的物理思想和適用條件理解不深。

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