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靜電場(chǎng)的描繪，靜電場(chǎng)的描繪word文檔下載
《靜電場(chǎng)的描繪》教學(xué)目標(biāo)：
? 學(xué)習(xí)用模擬法研究靜電場(chǎng)；
? 測(cè)繪靜電場(chǎng)的分布，加深對(duì)電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)。
重點(diǎn)與難點(diǎn)
? 重點(diǎn)：用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)；用電壓補(bǔ)償法來(lái)描繪等勢(shì)線的原理和方法；
? 難點(diǎn)：靜電場(chǎng)的分布和電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)，用電壓補(bǔ)償法來(lái)描繪等勢(shì)線的實(shí)驗(yàn)方法。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
? 連接電路，調(diào)節(jié)電源的輸出電壓，使A、B電極的電壓為Uo。
? 描繪同軸圓柱電極間的等勢(shì)線五條、電力線八條；
? 測(cè)量圓柱電極A、B的半徑ra、rb，列表記錄五條等 勢(shì)線的Ur、r理、 
、lg 
、Er。
? 以Ur為縱坐 標(biāo)、lgr為橫坐標(biāo)，作出Ur―lgr的關(guān)系圖；
? 用最小二乘法（或作圖法）求出Ur―lgr關(guān)系圖的直線斜率b和截距a，列出關(guān)系式
Ur = blg r+a，并分別與理論值相比較。
教學(xué)方法
教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)
一．討論
1．直接測(cè)量靜電場(chǎng)的困 難何在？
靜電場(chǎng)是用電場(chǎng)強(qiáng)度 E（矢量） 或電勢(shì)U（標(biāo)量）的空間分布來(lái)描 述。由于標(biāo)量在計(jì)算和測(cè)量上比矢量簡(jiǎn)便，所以常用電勢(shì)的分布來(lái)描述電場(chǎng)的分布。
因?yàn)殪o電場(chǎng)中無(wú)電流，不能使用磁電式儀表直接測(cè)量，而只能使用較復(fù)雜的靜電儀表和相應(yīng)的測(cè)量方法； 但用靜電式儀表測(cè)量就要用到金屬制的探頭，而伸入靜電場(chǎng)中的金屬探頭將使靜電場(chǎng)發(fā)生顯著的變化，使測(cè)量失去意義。所以，直接測(cè)量靜電場(chǎng)的分布往往很困難。
2．什么是模擬法？用 模擬法有何條件？模擬法有什么優(yōu)點(diǎn)？
模擬法就是利用空間幾何形狀和物理規(guī)律等條件在形式上相似 的原理，把不便于直接測(cè)量的實(shí)驗(yàn)在相似的條件下間接地實(shí)現(xiàn)，模擬 法是物理實(shí)驗(yàn)的常用方法之一，而在科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中都常常采用。
本實(shí)驗(yàn)用穩(wěn)恒電流場(chǎng)來(lái)模擬靜電場(chǎng)的條件：穩(wěn)恒電流場(chǎng) 和靜電場(chǎng)的空間電極形式與邊界條件都相同，則這兩種場(chǎng)可以相互模擬。這表 示通過(guò)測(cè)量穩(wěn)恒電流場(chǎng)的電勢(shì)分布可以了解相應(yīng)靜電場(chǎng)的電勢(shì)分布。
模擬法的優(yōu)點(diǎn)：測(cè) 量穩(wěn)恒電流場(chǎng)中的電位比測(cè)量靜電場(chǎng)中的電位要簡(jiǎn)單易行得多。
3．實(shí)驗(yàn)測(cè)出的是等勢(shì) 線，怎樣畫(huà)出電力線？一幅完整的實(shí)驗(yàn)電力線圖應(yīng)包括哪些內(nèi)容？
根據(jù)靜電場(chǎng)理論E = - 
，可知電場(chǎng)強(qiáng)度E 在數(shù)值上等于電勢(shì)在法線方向
上的變化率，其方向指向電勢(shì)降落的方向；如果電場(chǎng)中任意兩相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差相同，則等勢(shì)面較密 處，場(chǎng)強(qiáng)較大；反之，場(chǎng)強(qiáng)較小。根據(jù)等勢(shì)線（面）和電力線正交的關(guān)系，可畫(huà)出電力線。
一幅完整的實(shí)驗(yàn)電力線圖應(yīng)包括的內(nèi)容：包含A、B電極的電勢(shì)分布圖，每條等 勢(shì)線必須表明其電位值，根據(jù)電力線與等勢(shì)線的關(guān)系，均勻、對(duì)稱(chēng)地作出（8條）電力線分布圖，每條電力線必需標(biāo)明其方向。如果A電極帶正電，B電極帶負(fù)電，則電 力線起于A電極表面，終止于B電極。
4．等勢(shì)線的分布與電 力線的分布的關(guān)系：電力線與等勢(shì)線（面）是互相 垂直 （或正交） 、電力線的方向是從電位 高 的等勢(shì) 線指向電位 低 的等勢(shì)線，兩相鄰等 勢(shì)面間的電勢(shì)差 相等 ，其等勢(shì)線分布越密的地方，電場(chǎng)強(qiáng) 度較 大 。
5．同軸圓柱電極實(shí)驗(yàn)儀的圓柱電極A、B半徑分別為ra、rb，A電極比B電極的電位高，電極A、B的電壓為Uo。要驗(yàn)證穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)的可行性與正確性，就是要驗(yàn)證模擬場(chǎng)實(shí)測(cè)電位Ur 與半徑r能滿(mǎn)足 
表達(dá)的關(guān)系式，即模擬場(chǎng)實(shí)測(cè)的Ur―lgr關(guān)系
圖的直線截距a和斜率b應(yīng)分別與靜電場(chǎng)的
、
相對(duì)應(yīng)。
6．本實(shí)驗(yàn)是 采用 穩(wěn)恒電流場(chǎng) 的電勢(shì)分布來(lái)模擬 靜電場(chǎng) 的電勢(shì)分布。描繪等勢(shì)線的實(shí)驗(yàn)電路圖1是 電壓補(bǔ)償 法的電路，圖中Rt的作用是 檢流計(jì)的保護(hù)電阻，可改變檢流計(jì)的靈敏度 ，Rt開(kāi)始時(shí)應(yīng)取 最大 值，準(zhǔn)確測(cè)量等勢(shì)點(diǎn)時(shí)Rt應(yīng)取 零 值。
7．如何測(cè)繪等勢(shì)線？
| 按實(shí)驗(yàn)電路圖1接線，電壓表選15伏量程。先將探針C懸空，將分壓器R的滑動(dòng)端D移到最高電位A端，調(diào)節(jié)電源使電壓表 顯示電極A、B電壓Uo=10V；要測(cè)繪U r等勢(shì)線時(shí)，調(diào)節(jié)分壓器R的滑動(dòng)端D，使電壓表的讀數(shù)為待測(cè)的等勢(shì)線的電位U r，再把探針C放入穩(wěn)恒電流場(chǎng)中，移動(dòng)針C的手柄座，使其下層的探針在導(dǎo)電紙上移動(dòng)，當(dāng)檢流計(jì)G指零（Rt為零值）時(shí)，用上層探針在坐標(biāo)紙上扎孔記下相應(yīng)的位置；將所測(cè)得的等勢(shì)點(diǎn)連起來(lái)就是U r等電勢(shì)線，并在該等勢(shì)線上標(biāo)明其電位U r值。（注意：測(cè)另一條等勢(shì)線，改變電壓表的Ur值之前，要先將同步探針C懸空，以免錯(cuò)誤。） |
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8．怎樣求等勢(shì)線的平均 半徑值？
用虛線把各等 勢(shì)點(diǎn)連結(jié)成等勢(shì)線，根據(jù)所測(cè)出的電勢(shì)分布圖，對(duì)稱(chēng)地找出圓心O，用直尺分別測(cè)出圓心到幾個(gè)等勢(shì)點(diǎn)的距離，再求出它 們的平均值。
二．課后思考題
1．測(cè)試過(guò)程中，在檢流 計(jì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況下，電場(chǎng)是否會(huì)發(fā)生畸變？為什么？
2．若將實(shí)驗(yàn)使用的電源 電壓加倍（或減半），實(shí)驗(yàn)測(cè)得等勢(shì)線形狀和電力線形狀是否會(huì)發(fā)生變化？
3．若同軸圓柱電極外圈B接電源高電位、內(nèi)圈A接電源低電位，Ur公式如何？請(qǐng)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。
提示： 
4．若兩電極（或一個(gè)電 極）與導(dǎo)電紙間的接觸不十分良好（或松緊不同），請(qǐng)問(wèn)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？
