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,     

谈“等势线”的变异

“电场中等势线的描绘”是用描迹法画出电场中一个平面上的等势线的学生实验 ,它是用恒定电流的电场来模拟静电场的 .高中《物理》(试验修订本·必修加选修 )第二册第 2 2 7面给出的理想等势线如图 1所示 .但是 ,实验完成后 ,很多细心的学生发现 ,在有限的矩形导电纸上描出的等势线如图 2所示 .而且只有直线AB的中垂线所表示的等势线与图 1对应的一样 ,其它等势线相对图 1都有一定的变异 .图 1　　　　　　　　　　　　图 2为什么会出现上述的变异呢 ?原来 ,图 1表示等量的异种电荷在无限大空间里的等势线形状 .由于直接描绘静电场的等势线…     

"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。     

9 电场中等势线的描绘

[实验目的]用描迹法画出电场中一个平面上的等势线.[实验原理]用导电纸上形成的稳恒电流场来模拟静电场.当两探针与导电纸上电势相等的两点接触时,与探针相连的灵敏电流计中通过的电流为零,指针不偏转.从而可以利用灵敏电流计找出导电纸上的等势点,并依据等势点描绘出等势线.     

关于静电场、稳恒电场和感应电场的教学研究

《高中物理读本》(即甲种本)第二册的“电场”一章详细阐述了静止电荷所激发的电场——静电场的特性,并在学生实验之五——“电场中等势线的描绘”实验中用脚注说明由于静电场和稳恒电流场遵守的规律相似,实验中是用在导电纸上形成的稳恒电场模拟静电场来做实验;在第三册(甲种本)的“电磁振荡和电磁     

描绘电场中等势线的演示实验

1　制作思想电场中等势线的描绘是一探索性实验 .要求学生通过描迹法描绘出稳恒电流场模拟静电场的等势线 ,它是静电场中唯一的一个学生实验 .无疑对培养学生的实验能力和科学方法的教育起着一定的作用 .为了做好该实验教师最好先讲解演示 .但到目前为止实验室没有现成的演示实验装置 ,而用原学生实验装置演示可见度太小 .未做成演示实验的主要原因是大面积导电材料难找等 .我们经过反复研究探索和多次实验 ,成功地用取材容易 ,成本低廉的镀锌铁皮作为导电材料 .由于镀锌铁皮电阻小 ,若通入小电流 ,在一定范围内电势变化很小 ,而且“磁电式…     

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．     

9 电场中等势线的描绘

[实验目的]用描迹法画出电场中一个平面上的等势线.[实验原理]用导电纸上形成的电流场来模拟静电场,当在电流场中与导电纸接触的两探针尖端的电势差为零时,与探针相连的电流计中通过的电流强度为零,从而可以利用灵敏电流计找出电场中的等势点,并依据等势点进行等势线的描绘.[实验器材]学生用低压电源或电池组;灵敏电流计;开关;导电纸;白纸;复写纸;圆柱形金属电极两个;探针两支;图钉,导线若干;木板或塑料底板.     

静电场与恒定电流场

静电场与恒定电流场胡中绵（安徽省六安市双河中学２３７１７１）在中学物理中,只要求学生初步掌握静电场的有关知识,对电流场则不作要求．但是在做“电场中等势线的描绘”这个实验中,学生描出的却是恒定电流场的等势线,课本也明确告诉学生该实验“是用在导电纸上形...     

模拟法描绘静电场实验方法

根据电流场和静电场分布相似的原理,设计用电流场模拟静电场间接测量场分布的实验方法.电流场中的电流密度矢量和静电场中的电场强度矢量所遵从的物理规律具有相同的数学形式.通过理论推导获知:在边界条件相同的情况下,2个场具有相同的解,论证了电流场模拟静电场在理论上的可行性.通过实验获得同轴圆柱面形电极在水中产生的电流场的等位线,并根据等位线与电力线垂直的原则绘出其电力线分布.实验结果与理论曲线相吻合,再次验证了模拟法描绘静电场方法的可行性.该实验方法的应用,简化了静电场测量的实验设备,降低了对实验测量技术的要求.     

同号电荷静电场的模拟实验

一、引言由于静电场直接测量存在困难,因而静电场的测量一般都采用稳恒直流场来模拟,达是因为稳恒直流场和静电场所遵守的场方程在形式上有相似的规律。目前模拟静电场的实验通常有:(1)无限长均匀柱电荷的电场描绘;(2)等量异号无限长平行柱电荷的电场描绘;(3)直长平行板电容器的电场描绘等。从这些实验可以看到。模拟方法只局限于异号     

等势线演示器的制作

中学物理老师在讲到等势线这一内容时，由于教材中没有这方面的演示实验，因此总是感到有点抽象，难以向学生讲清楚，学生也不太好理解，而“等势线演示器”很好地解决了这一问题．它利用投影技术，用电流场模拟静电场，形象、直观地向学生们展现了等势线这一概念，下面介绍本实验的装置和实验过程． （１）如图１所示，用透明玻璃或有机玻璃制成２０ｃｍ×１２ｃｍ×２ｃｍ 的矩形盒，在盒内中心轴线用胶粘有两根中φ３ｍｍ～φ５ｍｍ ，长 ２ｃｍ ～ ３ ｃｍ，相距 １０ ｃｍ的铜棒作为电极． （２）备有 １９ ｃｍ × １１ ｃｍ的透明玻…     

电像法在稳恒电流场中的应用

电像法是用等效的点电荷代替导体或电介质上的面电荷,使有导体或或电介质的静电场问题简化为一对点电荷的静电场问题．它是求解静电场的一种重要方法．本文讨论电像法在稳恒电流场中的应用．1电像法在稳恒电流场中的应用由于电流稳定时,电荷分布不随时间变化,所以稳恒电流的电场是静电场,计算静电场问题的所有方法对稳定电流的电场是有效的．有电介质的稳恒电流的电场问题也可用电像法来解决．虽然稳恒电流的磁场是涡旋场,本身不满足泊松方程,但稳恒磁场的矢势A满足泊松方程,这与静电场势所满足的泊松方程形式同一,且满足边界条件…     

恒定电路与静电场

在恒定电路的教学中 ,常常会出现与静电场完全割裂 ,彼此互不关联的局面 .其实在恒定电路中静电场理论仍然适用 ,下面笔者通过几个具体事例对比作一粗浅的探讨 .1 .在“电场中等势线的描绘”实验中 ,导电纸内形成的恒定电流场与正、负点电荷产生的静电场类似 .因而可以用恒定电流场来模拟静电场 ,研究静电场的分布 .2 .并联电路中各支路电压相等 ,其实质就是 :“电场力做功与路径无关 ,只由初、末位置决定”的这一性质在恒定电路中的具体表现 .3.外电路移送电荷 ,电流做正功 (电场力也做正功 ) ,把电场能转化为其它形式的能 (如内能、机械能、光能等 ) .电源内部非静电力克服静电力移送电荷 ,非静电力做正功 ,把其它形式的能 (如化学能、机械能等 )转化为电场能 ;同时电流做正功 ,把一部分电能转化为内能 .在纯电阻的闭合电路中 ,内、外电路中所转化在内、外电阻上的内能 (即热能 ) ,等于电源将其它形式的能所转化的电场能 ,即非静电力所做的功 .4.恒定电路中沿着电流方向上的 A、B两点电势降落与静电场中沿着电场线方向上 A、B两点电势降落一样 ,等于这两点间电场强度的空间累积 ,即UAB=Ed.5 .在纯电...     

稳恒电场与静电场的异同

在讨论稳恒电流时,引入了稳恒电场的概念.但教科书中对稳恒电场的论述较少,它和静电场的异同,学生往往不太清楚,在此就这个问题作一些粗浅的分析。众所周知,稳恒电场和静电场都是由分布不随时间变化的电荷产生的,因而这两种电场的分布也不随时间变化。从这个意义来说,这两种电场是相同的。大家都满足反映矢量场的高斯定理和环路定理:     

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。     

“静电场”模拟和“电流场”实验装置研发

开发的电流场实验装置采用水做为媒质,由于水的电阻率比铁板大得多,不再需要可输出大电流的稳压源,使用实验室里常见的电压源就行.另外,新实验装置还可以完成一些静电场模拟实验,如同轴电缆和偏心圆柱导体模型等.利用新实验装置进行了实验测试,将实验测量值与有限元分析软件ANSYS的计算值进行对比.结果表明,新实验装置在当前实验室环境下是可行的.与传统实验装置相比,新实验装置更加灵活、方便,能提供多种测量模型,适合学生进行开发性实验.     

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。     

从静电场方程出发组织直流电路教学的探讨

本文的目的是探讨用场的观点讲授直流电路中有关问题的教学方法,从而加深学生对电路知识的理解.使他们对“场”和“路”的关系有一更深入的认识.1 直流电路中的稳恒电场所遵从的规律仍然是静电场方程由静止电荷激发的静电场,其规律服从两个基本方程,即高斯定理 (?)环路定理 (?)电场的存在是形成电流的必要条件.在直流电路中,维持稳恒电流的电场必然     

线电荷与带有低脊的接地导体薄圆筒所形成的电场及其数值模拟(上)

通过保角变换研究线电荷带与有低脊接地导体薄圆筒所形成的电场,给出其电势分布函数,并利用数学软件Matlab对场分布进行数值模拟,绘制出电场线和等势线(面)图,实现了电场分布的可视化。为边界复杂的静电场边值问题的求解提供了一种思路与方法,可供电线电缆中相关问题的研究借鉴和参考。