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《静电场的描绘》教学目标：

实验内容

教学过程设计

1．直接测量静电场的困 难何在？

静电场是用电场强度 E（矢量） 或电势U（标量）的空间分布来描 述。由于标量在计算和测量上比矢量简便，所以常用电势的分布来描述电场的分布。

因为静电场中无电流，不能使用磁电式仪表直接测量，而只能使用较复杂的静电仪表和相应的测量方法； 但用静电式仪表测量就要用到金属制的探头，而伸入静电场中的金属探头将使静电场发生显著的变化，使测量失去意义。所以，直接测量静电场的分布往往很困难。

 2．什么是模拟法？用 模拟法有何条件？模拟法有什么优点？

模拟法就是利用空间几何形状和物理规律等条件在形式上相似 的原理，把不便于直接测量的实验在相似的条件下间接地实现，模拟 法是物理实验的常用方法之一，而在科学研究和工程设计中都常常采用。

本实验用稳恒电流场来模拟静电场的条件：稳恒电流场 和静电场的空间电极形式与边界条件都相同，则这两种场可以相互模拟。这表 示通过测量稳恒电流场的电势分布可以了解相应静电场的电势分布。

模拟法的优点：测 量稳恒电流场中的电位比测量静电场中的电位要简单易行得多。 

3．实验测出的是等势 线，怎样画出电力线？一幅完整的实验电力线图应包括哪些内容？

根据静电场理论E = - ，可知电场强度E 在数值上等于电势在法线方向

上的变化率，其方向指向电势降落的方向；如果电场中任意两相邻等势面间的电势差相同，则等势面较密 处，场强较大；反之，场强较小。根据等势线（面）和电力线正交的关系，可画出电力线。

一幅完整的实验电力线图应包括的内容：包含A、B电极的电势分布图，每条等 势线必须表明其电位值，根据电力线与等势线的关系，均匀、对称地作出（8条）电力线分布图，每条电力线必需标明其方向。如果A电极带正电，B电极带负电，则电 力线起于A电极表面，终止于B电极。

 4．等势线的分布与电 力线的分布的关系：电力线与等势线（面）是互相 垂直 （或正交） 、电力线的方向是从电位 高 的等势 线指向电位 低 的等势线，两相邻等 势面间的电势差 相等 ，其等势线分布越密的地方，电场强 度较 大 。

图的直线截距a和斜率b应分别与静电场的

7．如何测绘等势线？

按实验电路图1接线，电压表选15伏量程。先将探针C悬空，将分压器R的滑动端D移到最高电位A端，调节电源使电压表 显示电极A、B电压Uo=10V；要测绘U r等势线时，调节分压器R的滑动端D，使电压表的读数为待测的等势线的电位U r，再把探针C放入稳恒电流场中，移动针C的手柄座，使其下层的探针在导电纸上移动，当检流计G指零（Rt为零值）时，用上层探针在坐标纸上扎孔记下相应的位置；将所测得的等势点连起来就是U r等电势线，并在该等势线上标明其电位U r值。（注意：测另一条等势线，改变电压表的Ur值之前，要先将同步探针C悬空，以免错误。）

8．怎样求等势线的平均 半径值？

用虚线把各等 势点连结成等势线，根据所测出的电势分布图，对称地找出圆心O，用直尺分别测出圆心到几个等势点的距离，再求出它 们的平均值。

 二．课后思考题

1．测试过程中，在检流 计发生偏转的情况下，电场是否会发生畸变？为什么？

2．若将实验使用的电源 电压加倍（或减半），实验测得等势线形状和电力线形状是否会发生变化？

3．若同轴圆柱电极外圈B接电源高电位、内圈A接电源低电位，U_r公式如何？请画出实验电路图。

提示：