【實驗目的】
1． 懂得模擬實驗法的適用條件。
2． 對於給定的電極，能用模擬法求出其電場分布。
3． 加深對電場強度和電勢概念的理解
【實驗儀器】
雙層靜電場測試儀、模擬裝置（同軸電纜和電子槍聚焦電極）。
[實驗原理]
【實驗原理】
1、靜電場的描述
電場強度e是乙個向量。因此，在電場的計算或測試中往往是先研究電位的分布情況，因為電位是標量。我們可以先測得等位面，再根據電力線與等位面處處正交的特點，作出電力線，整個電場的分布就可以用幾何圖形清楚地表示出來了。
有了電位u值的分布，由
便可求出e的大小和方向，整個電場就算確定了。
2、實驗中的困難
實驗上想利用磁電式電壓表直接測定靜電場的電位，是不可能的，因為任何磁電式電表都需要有電流通過才能偏轉，而靜電場是無電流的。再則任何磁電式電表的內阻都遠小於空氣或真空的電阻，若在靜電場中引入電表，勢必使電場發生嚴重畸變；同時，電表或其它探測器置於電場中，要引起靜電感應，使原場源電荷的分布發生變化。人們在實踐中發現，有些測量在實際情況下難於進行時，可以通過一定的方法，模擬實際情況而進行測量，這種方法稱為「模擬法」。
3、模擬法理由
兩場服從的規律的數學形式相同,如又滿足相同的邊界條件,則電場、電位分布完全相類似，所以可用電流場模擬靜電場。這種模擬屬於數學模擬。
靜電場(無電荷區穩恆電流場(無電流區)
4、討論同軸圓柱面的電場、電勢分布
（1）靜電場
根據理論計算，a、b兩電極間半徑為r處的電場強度大小為
a、b兩電極間任一半徑為r的柱面的電勢為
（2）穩恆電流場
在電極a、b間用均勻的不良導體（如導電紙、稀硫酸銅溶液或自來水等）連線或填充時，接上電源（設輸出電壓為va）後，不良導體中就產生了從電極a均勻輻射狀地流向電極b的電流。電流密度為
式中e′為不良導體內的電場強度，ρ為不良導體的電阻率。
半徑為r的圓柱面的電勢為
結論：穩恆電流場與靜電場的電勢分布是相同的。由於穩恆電流場和靜電場具有這種等效性，因此要測繪靜電場的分布，只要測繪相應的穩恆電流場的分布就行了。
[實驗內容]
1、 測量無限長同軸圓柱間的電勢分布。
（1）在測試儀上層板上放定一張座標記錄紙，下層板上放置水槽式無限長同軸圓柱面電場模擬電極。加自來水填充在電極間。
（2）按圖17-5接好電路。調節探針，使下探針浸入自來水中，觸及水槽底部，上探針與座標紙有1-2mm的距離。
（3）接通電源，k2扳向「電壓輸出」位置。調節交流輸出電壓，使ab兩電極間的電壓為交流12v，保持不變。
（4）將交流毫伏表與下探針連線。移動探針，在a電極附近找出電勢為10v的點，用上探針在座標紙上扎孔為記。同理再在a周圍找出電勢為10v的等勢點7個，扎孔為記。
（5）移動探針，在a電極周圍找出電勢分別為8v，6v，4v，2v的各8個等勢點（圓越大，應多找幾點），方法如步驟（4）。
（6）分別用8個等勢點連成等勢線（應是圓），確定圓心o的位置。量出各條等勢線的座標r，並分別求其平均值。
（7）用游標卡尺分別測出電極a和b的直徑2a和2b 。
（8）按式（17—4）計算各相應座標r處的電勢的理論值v理，並與實驗值比較，計算百分差。
2、測量聚焦電極的電勢分布（選做）
分別測10.0v、9.0v、8.
0v、7.0v、6.0v、5.
0v、4.0v、3.0v、2 .
0v、1.0v、0v等，一般先測5 .0v的等位點，因為這是電極的對稱軸。
步驟同上
[資料記錄]
模擬電場分布測試資料
va= 10.0±0.1v 2a= 1.624±0.002cm 2b= 8.580±0.002cm
處理：1、用圓規和曲線闆繪出園柱形同軸電纜電場等位線(注意電極的位置).
2、根據電力線垂直等位面,繪出電力線.
3、在圓柱形電纜電場分布圖上量出各等位線的半徑,計算v並與理論值比較,求出其相對誤差.
（1）；則；
（2）；則；
（3）（4）（5）同上
結果分析：
(1) 實驗誤差主要由電源電壓的輸入阻抗引起，輸入阻抗越大，誤差越小，結果越好。
(2) 等勢面由人工擬合，因此半徑的計算較粗糙，估計至少，分析對第一組的影響，
由知，說明在確定資料點時，一定要保證裝置以及操作的穩定性，另外資料盡量多，以減少實驗值的波動性。
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