静电场计算机模拟实验

一、引言静电场是物理学中重要的基本概念之一。“场”作为物质存在的一种形式,初学者往往感到抽象、不易接受。故做好静电场实验是十分重要的。由于静电场直接测量有困难,通常都是采用模拟的方法。例如目前广泛使用的“静电场测定仪”,就是利用电流场模拟的方法,把静电场的等位面描绘出来。但这种模拟是很有限的,它只能把点电荷、异号电荷等几种简单的静电场模拟出来。由于电流场必须形成电流,因而对于同号电荷的电场需要经过特殊处理才能进行模拟。至于电力线的实验显示,     

静电场描绘实验的探讨

静电场描绘是国内外高等院校普遍开设的物理实验．目前中学也开设此实验，由于直接描绘静电场存在很大困难，而稳恒电流场在导体中的分布规律——电流强度与电势差的分布规律和静电场中场强与电位差的分布规律可以用相同的数学关系式表达，所以通常是用稳恒电流场来模拟静电场．     

用模拟法描绘静电场实验的体会

要较准确地直接测量空间中静电场分布情况是很困难的,所以我们采用电流场模拟的方法进行静电场描绘的实验.这样,学生们不仅掌握了课堂教学内容,还扩大了视野,提高了理论水平,为全面深入掌握理论知识打下了很好的基础.     

探讨如何改进静电场描绘仪

利用稳恒电流场在导体中的分布可以模拟静电场的分布。传统的静电场描绘仪存在着一系列缺陷,针对传统静电场描绘仪的不足作了部分的改进。通过实验比较,改进后的描绘仪能很好地模拟静电场。     

恒定电流场仿真及实验装置研发

采用电导率较大的铝作为媒质开发恒定电流场实验装置,研究具有转角的汇流条电场及电位分布。首先应用ANSYS软件仿真模拟汇流条电场及电位分布,通过定义单元类型和材料属性、建立模型、网格剖分、施加边界条件、求解来绘制等位线和电力线,得到直观的电场分布,获得具有转角汇流条复杂电场的空间电位。然后根据仿真结果设计实验装置模型,开发制作恒定电流场实验装置,装置具有灵活、轻便的特点,利用新装置进行实验测试,将仿真所得结果和实验测试结果进行对比,验证了仿真实验的正确性。新实验装置可以在现有实验条件下实现,为学生进行恒定电流场实验提供了平台。     

"用描迹法画出电场中平面上的等势线"实验教学的改进

在高中物理电子实验中,由于对静电场直接进行测量很困难,故采用易于测量的电流场模拟法。在实验时,我们用伏特表或其他仪器探测出电流场中若干组等电势点,据此描绘出若干条等势线,依据等势线再画出电力线。我们尝试了用不同器材进行这个实验,以减少实验误差。     

论模拟法描绘静电场

论述用电流场模拟静电场的理论依据及应满足的条件。导出电流场中电位的分布与静电场中电位的分布是完全相同的形式。从而证实可用电流场模拟静电场来描绘静电场的主要特性。     

基于虚拟仪器技术的电流场实验测量系统研发

为了提高学生的实验效率,研发了基于虚拟仪器技术的电流场实验测量系统。该系统在硬件上采用数据采集卡实现电压的测量,在软件方面利用LabVIEW编写了针对电流场实验的应用程序。新的测量系统简洁易用,可以由输入的等位点的坐标信息自动完成等位线的绘制,在一定程度上减少了学生重复性的工作。     

用微机描绘静电场

<正> 静电场是由静止电荷激发形成的,它的空间分布可以用等势线来描述,若知道静电场的电势特征,就可了解带电粒子在其中的运动情况,这对科研及生产都有一定的指导意义.但是,直接去测量它是相当困难的,这是因为静电场中不会有电流,因而不能使用磁电式仪表.再者,一旦把仪器引入静电场,会导致电荷重新分布,这就不再是原来的场了.所以,在“普物”实验中,通常的做法是用可以测量的稳恒电流场来“模拟”静电场,然而这种模拟法存在一些缺点.例如,由于实验器材的限制,只能描绘象长同轴柱面电荷等形成的一些简单电场.还由于导电介质(如导电纸)的不均匀性,带来一定的测量误差,手工绘图也比较费力.为此,我们将实验与计算机应用相结合,引导学生利用微机作图法研究静电场的等势线分布,取得了比较好的效果.     

静电场和稳恒电流场的异同

通过稳恒电流场和静电场的对比，从理论上得出在一定条件下导电介质中稳恒电流场与静电场服从类似的规律，故在实际工作中可用稳恒电流场来模拟静电场。