望远镜组装及其放大率的测量

望远镜组装及其放大率的丈量

望远镜是用途极为宽泛的助视光学仪器，望远镜主假如帮助人们察看远处的目标，它的作用在于增大被观察物体对人眼的张角，起着视角放大的作用，它常被组合在其余光学仪器中。为适应不一样用途和性能的要求，望远镜的种类好多，结构也各有差别，可是它的基本光学系统都由一个物镜和一个目镜构成。望远镜在天文学、电子学、生物学和医学等领域中都起着十分重要的作用。

【实验目的】

1、熟习望远镜的结构及其放大原理； 2、掌握光学系统的共轴调理方法； 3、学会望远镜放大率的丈量。 【实验仪器】

光学平台、凸面镜若干、标尺、二维调理架、二维平移底座、三维平移底座。 【实验原理】

1、望远镜结构及其放大原理

望远镜往常是由两个共轴光学系统构成， 我们把它简化为两个凸面镜， 此中长焦距的凸面镜作为物镜，

短焦距的凸面镜作为目镜。 图1所示为开普勒望远镜的光路表示图， 图中L0为物镜，Le为目镜。远处物体

经物镜后在物镜的像方焦距上成一倒立的实像，像的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离，此像一般是减小的，近乎位于目镜的物方焦平面上，经目镜放大后成一虚像于察看者眼睛的明视距离于无量远之间。

物镜的作用是将远处物体发出的光经汇聚后在目镜物方焦平面上生成一倒立的实像，而目镜起一放大镜作用，把其物方焦平面上的倒立实像再放大成一虚像，供人眼察看。用望远镜察看不一样地点的物体时，

图1

图2

只需调理物镜和目镜的相对地点，使物镜成的实像落在目镜物方焦平面上，这就是望远镜的“调焦”。 望远镜可分为两类：若物镜和目镜的像方焦距均为正（既两个都为汇聚透镜） ，则为开普勒望远镜， 此系统成倒立的像；若物镜的像方焦距为正（汇聚透镜） ，目镜的像方焦距为负（发散透镜） 则为伽利略

望远镜，此系统成正立的像。 2、望远镜的视角放大率

，

1

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望远镜主假如帮助人们察看远处的目标，它的作用在于增大被观察物体对人眼的张角，起着视角放

大的作用。望远镜的视角放大率 M定义为：

用仪器时虚像所张的视角 M

不用仪器时物体所张的视角

M

0 （1） e

用望远镜察看物体时，一般视角均甚小，所以视角之比能够用正切之比取代，于是，光学仪器的放大率近似能够写为：

tg

0

（2）

在实验中，为了把放大的虚像2

tg

e

l与l0直接比较，常用目测法来进行丈量。如图

2所示。设长为l0的标

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尺（目的物PQ）直接置于察看者的明视距离处（约3米），其视角为e，用一只眼睛直接察看标尺 另一只眼睛经过望远镜观看标尺的虚像（

（物PQ），

0，调理望远

P\"Q\"）亦在明视距离处，其长度为

l，视角为

镜的目镜，使标尺和标尺的像重合且没有视差，读出标尺和标尺像重合区段内相对应的长度，即可获得望远镜的放大率：

M

tg tg

0 e

l l0

（3）

所以只需测出目标物的长度

3、望远镜的计算放大率

l0及其像长l，即可算出望远镜的放大率。

M

f0 fe

（4）

由上式见，视放大率（绝对值）等于物镜与目镜的焦距之比，欲增大视放大率，一定增大物镜的焦距

或减小目镜的焦距。同时，跟着物镜和目镜的焦距的符号不一样，视放大率可正可负。假如 是正立的，为伽利略望远镜，假如

【实验内容】

1

M为正当，像

M为负值，像是倒立的，为开普勒望远镜。

2

Lo

3

4 Le

Fo

5

7

6

图3

1、依据已知透镜的焦距确立一个为物镜、 另一个为目镜，并将标尺直接置于察看者的明视距离处 （约 米）。

2、将物镜、目镜放在一同，调理高低、左右方向，使此中心大概在一条与光学平台平行的直线上，同时，各光学元件相互平行，垂直于光学平台。

3、依照图3的光路构成开普勒望远镜，向约 3米远处的标尺调焦，并瞄准两个红色指标间的 “E”字

（距离l0=5cm）。

4、一只眼睛瞄准虚像标尺两个红色指标间的 “E”字，另一只眼睛直接凝视标尺，经适应性练习，在

视觉系统同时看到被望远镜放大的标尺倒立的虚像和实物标尺，微移目镜，直到将目镜放大的虚像推移到标尺的地点处。

5、分别测出虚像标尺中两个红色指标在实物标尺中对应的地点

观标尺的长度l（注：l

x1和x2，计算出放大的红色指标内直

x2x1）。

3

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6、求出望远镜的丈量放大率M

l ，并与计算放大率 l0 f0 作比较。 fe

【思虑题】

在望远镜中假如把目镜改换成一只凹面镜，即为伽俐略望远镜，试说明此望远镜成像原理，并画出光路图。

【数据记录】

望远镜放大率的丈量数据记录参照表

l0

标尺中两个红色指标在实物标

单位：

被测物理量名称

红色指标内直观标尺的长度l

M

l

l0

尺中对应的地点

丈量次数

1 2 3

x1

x2

lx2x1

求出望远镜的丈量放大率M

l l0

，并与计算放大率

f0 fe

作比较

光衍射相对光强散布的丈量

光的衍射现象是光的颠簸性的一种表现，它说了然光的直线流传规律不过衍射现象不明显时的近似结果。衍射现象的存在，深刻地反应了光子（或电子等其余微观粒子）的运动是受测禁止关系的。所以研究光的衍射，不单有助于加深对光的天性的理解，也是近代光学技术（如光谱剖析、晶体剖析、全息剖析、光学信息办理等）的实验基础。

衍射实验致使了光强在空间的从头散布，利用光电传感元件丈量和探测光强的相对变化，是近代技术中常用的光强丈量方法之一。

【实验目的】

1、察看不一样衍射元件产生的衍射，概括总结单缝衍射现象的规律和特色； 2、学习利用光电元件丈量相对光强的实验方法单缝相对光强的散布规律； 4、学习微机自动控制测衍射光强散布谱和有关参数。

【实验仪器】

He-Ne激光器、可调单缝、 SGS－1型衍射光强自动记录系统、平面镜、二维底座等。

【实验原理】

1、夫琅和费单缝衍射

(近场)。本实验仅研究夫琅和费衍射。

和费衍射要求光源和接受衍射图像的屏幕远离衍射物 (如单缝等)，即入射光和衍射光都是平行

S是波长为 L1的焦平面上时，单色光经 L1 光。夫琅和费衍射光路见图

的单色光源，置于透镜 1，此中，

a的单缝上，经过狭缝后的衍射光经透镜 后形成平行光束投射到缝宽为

P上， L2汇聚在后来焦平面处的屏

衍射现象分两大类：夫琅和费衍射(远场)和菲涅耳衍射夫琅

4

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屏大将呈出亮暗相按必定律散布的衍射。 由惠更斯——菲涅耳原理可知，衍射的光散布公式

sinu2II0()，

uasin

u

（1）

式中：的度，0入射光光， 与光波波 和度、衍射光散布 有关。

I

a

Iau

衍射光与光的角—衍射角。在衍射角 ，察点的光

[sin(

)/

u

] 2常称衍射因子，表征衍射光内任一点相光（

I

2所示）。

0

I）的大小。若以sin

当

I

=0，横坐，（

I=I0

I 0）坐，可获得衍射光的散布（如

（2）

是平行于光的光汇聚——亮条中心点的光，是衍射像中光的极大，称主极大。当

asin

=k

，

k=±1，±2，±3，⋯⋯

（3）

角很小，所以上式

u=kπ,I

k a

=0, 即暗条。与此衍射角的地点暗条的中心。上

可改写成

（4）

由1也可看出，k暗条的衍射角

xk

k

L

5）

故

a

k

x

k

L

6）

由以上可知

（1）亮条的度被 k=±1的两暗

条的衍射角所确立， 即亮条的角度

2 a

。

与a成反比，加，

（2）衍射角

5

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衍射角减小，各级条纹向缩短；当缝宽 进而可将光当作是沿直线流传的。

a足够大时（a>>）。衍射现象就不明显，致使可略去不计，

0

P

（3）对应任意两相邻暗条纹，其衍射光芒的夹角为

，即暗条纹是以点 为中心、等间隔、

左右对称地散布的。

a

（4）位于两相邻暗条纹之间的是各级亮条纹，它们的宽度是亮条纹宽度的

1/ 2。这些亮条纹的

光强最大值称为次极大。出现的地点在

d du

K

(

sinu u

)0 。它们是超越方程utanu的根，其数值为

u

对应的sin

1.43,

值为

2.46 ,3.47

（7）

ain

1.43

a

,2.46,

a

3.47 K

a

,3.47 a

（8）

实质上衍射角度

很小，ain

，所以在察看屏上用衍射角表示这些次极大的地点近似为

ox L

I I0

1.43,

a

2.46 K a

（9）

与它们相应的相对光强度分别为

4.7%，1.7%，0.8%，L

（10）

由（10）式可知，次极大的光强度较主极大光强度弱的多，假如考虑到倾斜要素，其实质强度较（ 所得的数值还要小。

3、光强测定原理

10）式

上述衍射光强散布谱测定要借助光探测仪器，此设施中重点的光探测元件称为光电传感元件。光电传

感器是一种将光强的变化变换为电量变化的传感器。本实验使用的硅光电二极管是鉴于光生伏殊效应的光 电器件。当光照耀到 pn结时，设光子能量大于禁带宽度 E，使价带中的电子跃迁到导带，进而产生电子-

g

空穴对，电子与空穴分别向相反方向挪动，形成光电动势。光电二极管的理想等效电路如图 想等效电路来看，光电二极管可看做是由一个恒流

4所示。从理

IL并联一个一般二极管所构成的电源， 此电源的电流IL

与外照光源的光强成正比。无光照时，其电流 -电压特征无异于一般二极管，而有光照时，其电流 -电压特

性切合pn结光生伏殊效应。因为二极管的正向伏安特征，只有负载电阻靠近于零时，光电流才与光照成正比。按图5接线，由运算放大器构成的电流电压变换电路能使输入电阻靠近于零，所以是光电二极管的理想负载。

6

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4、光栅线位移传感器原理 上述光强测定原理解决了衍射光强散布纵坐标数据测定，而散布谱的横坐标可采纳一种光栅尺（即光栅位移传感器）来测定，其基来源理是利用莫尔条纹的“位移放大”作用，将两块光栅常数都是 d 的透明 光栅，以一个细小角度重叠，光照它们可获得一组明暗相间等距的干预条纹，这就是莫尔条纹。莫尔条纹的间隔m很大（如图6），从几何学角度可得

m

d

（11）

有很大的数值。

从（11）式可知，

2sin

较小时，

m

/2

若一块光栅相对另一块光栅挪动 移放大作用，其放大倍数k=

d的大小，

莫尔条纹M将挪动m的距离。即莫尔条纹有位

m/d。用光

探测器测定两块光栅相对位移时产生莫尔条

纹得强度变化， 经光电变换后，成为衍射光强 散布谱横坐标得长度数值， 即构成一把测定位 移的光栅尺。光栅尺可精准测定位移量， 正是 利用这个特色在精细仪器和自动控制机床等

计量领域，光栅位移传感器有宽泛的应用。 本 实验顶用的光栅尺种， 200mm长度的光栅为 主光栅，它相当于标准器，固定不动。可动小

型光栅为指示光栅，它与光栅探测器联为一体，也就是光栅挪动，光探测器同步挪动，莫尔条纹也挪动，位移量时正当；假如指示光栅改变一动方向，光探测器也反方向挪动，莫尔条纹跟着改变运动方向，位移量是负值。因此光栅尺能正确地测定指示光栅运动的位移量，确立衍射光强散布谱横坐标的数值。

本实验采纳微机自动控制和丈量手段，实现数据的光电变换， A/D变换和数字化办理以及显示、打

印和网络传输等众多功能。可察看，定量丈量和研究各样衍射元件，诸如单缝、多缝、圆孔和方孔等衍射光强散布谱和有关参数，并与理论值比较。

【实验内容】

（ 1、单缝衍射光强散布谱的观察

（ 1）图7是实验装置部署简图。应按夫琅和费衍射和观察条件，安排实验仪器及检测元件的相对地点。并调理出衍射图样

7

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（2）改变单缝的宽度，察看并记录实验现象。 2、光强散布谱的记录输出

详尽阅读实验室供应的微机使用方法参照资料。严格挨次进行规范操作，调整有关变量。最后显示及输出你满意的衍射光强散布谱。 3、丈量

丈量各谱线的峰值及谷值；记录单缝的宽度及光波的波长。 4、单缝衍射光强散布规律的总结

依据实验图象及实验丈量数据，总结出单缝衍射光强的散布规律，并与理论值进行比较。

【注意事项】

实验操作前，请认真阅读实验室供应的微机使用方法参照资料，严格依照规范要求，挨次逐渐进行操 作。

【预习题】

1、光强散布公式II0

sin 2 u 中，I0及u的物理意义是什么？试描述单缝衍射现象中检测到的图像 u 2

的主要特征。

液体粘度的丈量

对液体粘滞性的研究在物理学、化学化工、生物工程、医疗、航空航天、水利、机械润滑和液压传动等领域有宽泛的应用。

【实验目的】

用落球法测液体的粘度，学习并掌握丈量原理和方法。 【实验原理】 1、液体的粘度

当一种液体有关于其余固体、气体运动，或同种液体内各部分之间有相对运动时，接触面之间存在摩擦力。这类性质称为液体的粘滞性。粘滞力的方向平行于接触面，且使速度较快的物体减速其大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比，比率系数称为粘度。表征了液体粘滞性的强弱。 2、丈量方法——落球法 丈量

测定在恒定压强差的作用下，流经一毛细管的液

体流量来求；转筒法，在两同轴圆筒间充以待测液体，

有多种方法。如泊肃叶（毛细管法）法，经过

外筒作匀速转动， 测内筒遇到的粘滞力矩；

阻尼法，

8

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测定扭摆、弹簧振子等在液体中运动周期或振幅的改变；落球法，经过丈量小球在液体中着落的运动状态 来求的。在此实验中，我们采纳落球法测定甘油的 。 斯托克斯公式简介

一个在静止液体中迟缓着落的小球遇到三个力的作用：重力、浮力和粘滞阻力。粘滞阻力是液体密度、温度和运动状态的函数。假如小球在液体中着落时的速度很小，球的半径也很小，且液体能够当作在各个 方向上都是无穷广阔的，则从流体力学的基本方程出发可导出有名的斯托克斯公式

F6vr

式中F是小球所遇到的粘滞阻力，

（1）

是液体的粘度，在

v是小球的着落速度， r是小球的半径，

SI制

中， 的单位是Pas。斯托克斯公式是由粘滞液体的广泛运动方程导出的。

本实验采纳落球法测液体的粘滞系数， 如图1所示，一质量为 m的小球落入液体后遇到三个力的作用， 即重力 mg、浮力 0Vg（ F。在小球刚进入液体时，因为 0为液体的密度，V为小球的体积）和沾性力

重力大于粘滞阻力和力之和，所以小球作加快运动。跟着小球运动速度的增添，沾滞阻力也增添，当速度 增添到v0时，小球遇到的合外力为零，此时有

mg6rv00Vg

（2）

以后小球以速度 v0匀速着落，此速度称为扫尾速度。则液体的沾滞系数为

mg

6rv0

0Vg

（3）

式（3）是在理想状态下小球的无穷广的液体中运动的状况，而在实质中，小球是在有限的液体中运动。所以，容器壁对小球的运动状态的影响就不可以忽视。

（2）容器壁的影响

在一般状况下，小球在容器半径为R、液体的高度为h的液体内着落，液体在各方向上都是无穷广阔的这一假定条件是不可以成立的。所以，实质测到的小球着落速度与理想状态间存在有以下关系

v0

式（3）变为

v(12.4)(1

R

r

3.3)

H

0)g

r

（4）

(m

6rv(1

2.4)(1

4 r3

3 rR

3.3)

r

（5）

此中：R为容器的半径， H为液体的深度， v为小球实质丈量速度。 （3）雷诺数的影响

液体各层间相对运动速度较小时，体现稳固的运动状态，假如给不一样层内的液体增添不一样色素，就能够看到一层层的颜色不一样的液体各不相扰的流动，这类运动状态叫层流。假如各层间相对运动较快，就会

损坏这类层流，渐渐过渡到湍流，甚至出现旋涡。我们定义一个无量纲的参数——雷诺数 Re来表征液体

H

运动状态的稳固性。设液体在圆形截面的管中的流速为 则

v，液体的密度为

0，粘度为，圆管的直径为

2r，

2v

Re

0

r

（6）

9

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当Re 2000时，液体处于层流状态，当 Re 3000时，体现湍流状态， Re介于上述二者之间，则为层 流、湍流过渡阶段。

奥西思-果尔斯公式反应出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响：

F6vr(1

3

Re

16

19 Re2 1080

)

（7）

式中3Re/16项和19Re 2/1080项能够看作斯托克斯公式的第一和第二修正项。如

解（即式（1）与一级解式（

Re 0.1，则零级

104 ，可略去不计；如

3）中取一级修正）相差约为

2%，二级修正项约为2

Re0.5，则零级解与一级解相差约为 10%，二级修正项约为0.5%仍可略去不计；但当 Re 1时，则二 级修正项约为 2%，跟着Re的增大，高次修正的影响也就变大。 对Re的议论：

Ⅰ当Re 0.1时，能够取零级解，式（ 5）就成为

0

1

18

(

v(1

2.4 )(1

2R

d

2)gd 0

3.3)

d

2h

8）

即为小球的直径和速度都很小时，粘度

Ⅱ当0.1

的零级近似值。

7）就成为

Re0.5 时，能够取一级近似解，式（

3 16

1

(1 Re)

18

1

(

v(1 2.4

d

20)gd

)(1 3.3)

d

2R 2h

它能够表示成零级近似解的函数

1

0

dv 0 16

3

（9）

Ⅲ当Re

2(1

0.5时，还一定考虑二级修正，则式（

3 Re 19 Re2) 16 1080

7）变为为

1

2

( 0)gd

18dv(1 2.4 d )(1 3.3)

2R 2h

0

2

图1落球法测η表示图

或

1

2

1[1

1

19 dv

(

) ]

2 1080

1

10）

在实验达成后，作数据办理时，一定对Re进行验算，确立它的范围并进行修正，获得切合实验要求的粘度值。 【实验内容】

本实验的内容是丈量量筒内的甘油的粘度系数。实验装置如图 1所示，油内有温度计。 1、设计找寻小球匀速降落地区的方法，并测出其长度 l。 2、用螺旋测微器测定 n个小球的直径（ n=10），取均匀值并计算小球直径的偏差。

3、将一个小球在量筒尽量靠近液面处轻轻放下，使其进入液面时初速度为零，测出小球经过匀 速降落地区的时间 t，重复10次，取均匀值，而后求出小球匀速降落的速度。 4、用适合的仪器测出 R、h各三次，取均匀值；测出液体温度 T（应取实验开始及结束时的均匀值）

查出相应的ρ、ρ 0，应用式（ 8）计算

0。

，

10

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5、算雷数 Re，并依据雷数的大小行一或二修正。

6、用二种不一样直径的小球重复以上，并果行剖析价。 【思虑】

1、容器内匀速降落区于同资料但直径不一样的小球，区一？

弦振动的实验研究

【目的】

1、弦振形成的波。

2、用两种方法量弦上横波的播速度。 3、认识弦振律。

4、掌握物理天平的使用。 【器】

振音叉、弦、物理天平、滑、砝、米尺

【原理】

1、弦上横波的播速度（一）

将弦的一端固定在振音叉上，另一端滑挂上砝

.当音叉振，迫弦振（弦振 率当和音叉的率

ν０相等），形成一列向滑端前的横波，

在滑反射后沿相反方向播，

音叉与滑来回播的横波叠加形成必定的波，适合砝重量或弦（音叉端到滑的 ），在弦大将出定的烈地振，即弦与音叉共振。弦共振，波的振幅最大。

因为在两固定端必是波，因此其波有必定，若此弦上有

n个半波区，波

λ与弦Ｌ必足条件：

Ｌ＝n

即有

λ＝

2L

2

n

弦上的波速：

u＝ν

０λ＝ν2L ０

（１）

n

ν０—音叉的固有率.

2、弦上横波的播速度（二）

由力学剖析可得，弦上横波的播速度：

u＝

F ＝ mg

（２）

Ｆ—力，ρ—弦的密度 .

3、弦振律

将（１）式代入（２）式可得： ν＝

n

F=

n

2L

mg

（３）

2L

即弦振律：当 n＝１率称基， n＝２、３⋯率称第一、第二⋯。 【内容及要求】 1、量弦的密度 ρ。 取所用弦在天平上秤其量 ,求出弦的密度。 2、比两种波速算。

已知己叉 ν０并出有关量,由（1）、（2）公式算出理受骗相等的两个速度，且比一下二者

11

在

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的差别大小。

要求：在 n＝４时，丈量Ｌ、 m4的值。 3、丈量弦线振动频次。

取Ｌ一准时，当 n＝１、２、３时分别由（３）式计算弦线振动频次。 要求：丈量 L、m1、m2、m3的值。

静电场的描述

在研究静电现象或电子束的运动规律时，特别需要认识带电体四周的电场散布状况。用计算方法求解静电场的散布，一般比较复杂。所以，常用实验手段来研究或测绘静电场。因为静电场空间不存在任何电荷的运动，所以就不可以简单地采纳磁电式仪表进行直接丈量，而是用模拟法进行间接的丈量。 【实验目的】

1、学惯用模拟法测绘电场的散布。 2、加深对电场强度和电势的理解。 【实验原理】 1、模拟的依照

由电磁场理论知道，稳恒电流的电场和相应的静电场的空间形式是一致的。只需电极形状必定，电

稳恒 U静电或E稳恒 E静电。下边以同轴圆柱 极电势不变，空间介质均匀，在任何一个参照点，均有

1所示，圆柱导体A和圆柱壳导 形电缆的“静电场”和相应的“稳恒电流场”来议论这类等效性。如图

U体B同轴搁置，分别带等量异号的电荷。 A和B间为真空。由高斯定理可知，其电场线沿经向由 A向B

辐射散布，其等势面为一簇同轴圆柱面。所以，只需研究任一垂直轴的横截面

–

–

P上的电场散布即可。

b+

+

A

–

a+

P

E

Ur r

A E

B

B E

E

图1

如图1，半径为r处的各点电场强度为

E

2 0r

式中，

为A（或B）的电荷线密度。其电势为

r

Ur

Ua

EdrUa

a

ln2

0

r

（1）

a

令r

b时，Ub

0，则有 Ua

b

a

2

0

ln

12

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代入式（1）得

ln

Ur

Ua

b

ln

r b a

（2）

或写成

lnr

lnb

Ur ln b U0 a

（3）

距中心r处的场强为

Er

dUr dr

ln

Ua 1 b r

（4）

a

若A和B之间不是真空，而是充满不良导体（其电阻率为 ），且A和B分别与电池的正极和负极相

连，如图 2（a)所示，A与B之间形成径向电流，成立了一个稳恒电流场。相同地，我们可取厚度为 同轴圆柱片来研究。半径为

的

r到r

dr之间的圆柱片的径向电阻为

dR

2r

dr

E

A B

同种电缆模拟电 图2

半径由r到b之间的圆柱片电阻为

R

rb

b r

b

dR

dr

电场线及等势线分

2rr2

半径由a到b之间的圆柱片电阻为

Rab

ln2

b

ln

b

（5）

r

a

若设Ub 0，则径向电流为 Ua

2Ua

b

ln

（6）

I

R

ab

（7）

a

距中心r处的电势为

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（8）

可见式（8）和式（2）拥有相同的形式，说明稳恒电流场与静电场的电势散布是相同的。不言而喻，稳恒电流的电场E与静电场E的散布也是相同的，因为

E

dUr dr

dUr dr

E

因为稳恒电流的电场和静电场拥有这类等效性，所以，欲测绘静电场的散布，只需测绘相应的稳恒电流的电场就行了。实质模拟时，因为电极四周的电场是空间散布的，等势面是一簇互不订交的曲面，为简单起见，在此仅研究横截面上的平面电场散布。

2、模拟条件

模拟方法的使用有必定的条件和范围，不可以任意推行，不然将会获得荒唐的结论。 （1）稳恒电流场中的电极形状与被模拟的静电场中的带电体几何形状相同。 （2）稳恒电流场中的导电介质应是不良导体且电导率散布均匀， 并知足 电极 导电质才能保证电流场 中的电极表面也近似是一个等势面。

（3）模拟所用的电极系统与被模拟的电极系统的界限条相同。 3、静电场的描述方法及实验电路

静电场中电场强度 E是矢量，电势U是标量，从实验丈量来讲，测定电势比测定场强简单实现， 所以可

先测绘等势线，而后依据电场线与等势线正交原理，画出电场线。这样便可由等势线的间距及电场线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反应出来。

图4为检零法实验电路图其丈量原理是 :

直接

校订

K1

K2

V

测 K3

检零

量

设 检零

检零器

定

+

－

W

1

A+

W

2

E

1

0—12V

测笔

E

2

0—12V

图4模拟静电场描述电路图

（1）第一将 K1拨在直接、K2拨在校订地点。调理 W1使E1 调理到我们所需的工作电压

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（2）将K1拨在检零地点、 K2不动，K3拨到设定地点，调 节W2使E2调理到我们设定的电势值，如 2V。

3）将K3拨到检零地点，挪动丈量笔（探针）当电压表数字显示为零时（此时电压表变换为检流计），该点为2V的等势点。同理只需调理W2设定不一样的电压，便可找到不一样的等势点。

这类赔偿电路使用电压表显示被测点的电压，而电压表中的电流又不需要由导电介质供应，因此减少了丈量偏差。 【实验仪器】

EQC—3导电玻璃静电场描述仪一台。 【实验内容与步骤】

1、同轴圆柱形电缆等势线

1）将16开白纸平铺在静电场测试仪描述架上，用磁铁将其固定。

2）开启（电源开关）。选择丈量电极（左右开关）测左按左，测右按右。

3）将（直接检零）开关先按到直接地点，（丈量校订）开关按到校订地点，调理（电压调理旋钮）使所需的工作电压为10V。

4）将（直接检零）开关先按到检零地点，（设定检零）开关按到设定地点，调理设定旋钮到你所

需要的设定电压值 。比如2V、将（设定 检零）开关按到检零地点，纵横挪动丈量笔使数字显示值为 “0.00”， 该点即为 2V的等势点。挨次测出多个等势点（点与点之间的距离不可以小一厘米） 。 （5）重复步骤（4）分别测出 8V、6V、4V、2V、1V五条等势线。 2、聚焦电场的等势线 重复上述步骤分别测出 9V、7V、5V、3V、1V五条等势线。（点与点之间的距离一厘米） 。 【数据办理与剖析】

1、将描述出各等势点连成等势线，并画出相应的电场线。

2、确立圆形电极的等势线圆心 0的地点，丈量等势线的半径 r，丈量时应在同一个等势线内量出多个

半径值，并求其均匀值

r。

U理并与实验值U实比较，计算其相对偏差 Er。

3、按公式（2）计算各相应半径 r处的电势理论值 4、以lnr为横坐标, U实为纵坐标,作U实

lnr曲线,并与U理 lnr曲线比较。

模拟同轴圆柱带电体的等势线有关数据记录

a

5.0mm b 75mm Ua 10V

U实（v） 8.00 6.00 4.00 2.00 1.00 r（mm）

lnr

U理（v）

Er（相对偏差）

【预习思虑题】

1、本实验采纳什么场来模拟静电场，理论依照是什么？ 2、等势线和电场线之间有何关系？

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