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《靜電場的描繪》教學目標：

實驗內容

教學過程設計

1．直接測量靜電場的困 難何在？

靜電場是用電場強度 E（矢量） 或電勢U（標量）的空間分布來描 述。由于標量在計算和測量上比矢量簡便，所以常用電勢的分布來描述電場的分布。

因為靜電場中無電流，不能使用磁電式儀表直接測量，而只能使用較復雜的靜電儀表和相應的測量方法； 但用靜電式儀表測量就要用到金屬制的探頭，而伸入靜電場中的金屬探頭將使靜電場發生顯著的變化，使測量失去意義。所以，直接測量靜電場的分布往往很困難。

 2．什么是模擬法？用 模擬法有何條件？模擬法有什么優點？

模擬法就是利用空間幾何形狀和物理規律等條件在形式上相似 的原理，把不便于直接測量的實驗在相似的條件下間接地實現，模擬 法是物理實驗的常用方法之一，而在科學研究和工程設計中都常常采用。

本實驗用穩恒電流場來模擬靜電場的條件：穩恒電流場 和靜電場的空間電極形式與邊界條件都相同，則這兩種場可以相互模擬。這表 示通過測量穩恒電流場的電勢分布可以了解相應靜電場的電勢分布。

模擬法的優點：測 量穩恒電流場中的電位比測量靜電場中的電位要簡單易行得多。 

3．實驗測出的是等勢 線，怎樣畫出電力線？一幅完整的實驗電力線圖應包括哪些內容？

根據靜電場理論E = - ，可知電場強度E 在數值上等于電勢在法線方向

上的變化率，其方向指向電勢降落的方向；如果電場中任意兩相鄰等勢面間的電勢差相同，則等勢面較密 處，場強較大；反之，場強較小。根據等勢線（面）和電力線正交的關系，可畫出電力線。

一幅完整的實驗電力線圖應包括的內容：包含A、B電極的電勢分布圖，每條等 勢線必須表明其電位值，根據電力線與等勢線的關系，均勻、對稱地作出（8條）電力線分布圖，每條電力線必需標明其方向。如果A電極帶正電，B電極帶負電，則電 力線起于A電極表面，終止于B電極。

 4．等勢線的分布與電 力線的分布的關系：電力線與等勢線（面）是互相 垂直 （或正交） 、電力線的方向是從電位 高 的等勢 線指向電位 低 的等勢線，兩相鄰等 勢面間的電勢差 相等 ，其等勢線分布越密的地方，電場強 度較 大 。

圖的直線截距a和斜率b應分別與靜電場的

7．如何測繪等勢線？

按實驗電路圖1接線，電壓表選15伏量程。先將探針C懸空，將分壓器R的滑動端D移到最高電位A端，調節電源使電壓表 顯示電極A、B電壓Uo=10V；要測繪U r等勢線時，調節分壓器R的滑動端D，使電壓表的讀數為待測的等勢線的電位U r，再把探針C放入穩恒電流場中，移動針C的手柄座，使其下層的探針在導電紙上移動，當檢流計G指零（Rt為零值）時，用上層探針在坐標紙上扎孔記下相應的位置；將所測得的等勢點連起來就是U r等電勢線，并在該等勢線上標明其電位U r值。（注意：測另一條等勢線，改變電壓表的Ur值之前，要先將同步探針C懸空，以免錯誤。）

8．怎樣求等勢線的平均 半徑值？

用虛線把各等 勢點連結成等勢線，根據所測出的電勢分布圖，對稱地找出圓心O，用直尺分別測出圓心到幾個等勢點的距離，再求出它 們的平均值。

 二．課后思考題

1．測試過程中，在檢流 計發生偏轉的情況下，電場是否會發生畸變？為什么？

2．若將實驗使用的電源 電壓加倍（或減半），實驗測得等勢線形狀和電力線形狀是否會發生變化？

3．若同軸圓柱電極外圈B接電源高電位、內圈A接電源低電位，U_r公式如何？請畫出實驗電路圖。

提示：