静电场的描绘
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇静电场的描绘范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
静电场的描绘范文第1篇
静电场描：绘实验是高等院校普遍开设的一个基本的电磁学实验，因为直接测量静电场会因测量仪器的介入导致原静电场发生畸变而对其测量带来很大的困难，而稳恒电流场在导体中的分布规律和真空中静电场电势的分布规律完全相似。因此，通常是用稳恒电流场来模拟静电场，称这种方法为模拟法描绘静电场。
传统的静：电场描绘实验装置中，电极之问的导电介质通常用导电纸。目前，也有不少装置采用水来代替导电纸，但这两种方法均存在一系列的缺陷，导致描绘误差太大，严重影响了实验的效果。
针对以上两种介质存在的问题，我们对静电场描绘仪作了改进：以镀有ITO膜的导电玻璃作为电极之间的导电介质，采用双层探针直接记录各等势点坐标，通过描点的方法来描绘电场。我们对改进后的静电场描绘仪进行反复试验，效果很理想。
一、理论依据
导电介质中稳恒电流场和真空中静电场的电势都满足拉普拉斯方程。给定边值的拉普拉斯方程有唯一解，如果这两种处于相同的边值条件下，则它们的解是相同的。因而，可以用均匀导电介质中的电流场来模拟真空中具有相应分布的静电场。
两个通以稳恒电流的同心圆环电极可以用来模拟两个带等量异号电荷的无限长同轴圆柱面问的电场分布。很容易证明在这种情况下有式中a，b分别为内外圆环电极的半径，Ua为两极间的电势差，u为稳恒电流场中距圆心r处的电势。
二、传统的描绘仪及其存在的缺陷
传统的静电场描绘仪如图所示，一般有两种做法一种是采用涂有石墨的导电纸作为电介质，通过探针和定位针，实现定量记录和数据分析，另一种是用水来代替导电纸作电介质，方法是在一个透明的有机玻璃水槽中固定电极，然后在水槽中装上适量的水，放到实验架的下层进行实验。
1．前一种描绘仪存在的缺陷
(1)导电纸上导电薄层涂得不均匀，导电纸电阻在各个方向均匀性较差，这样电流场分布与被模拟静电场分布不完全一样，使得实验准确度，重复性较差。
(2)电极与导电纸的接触不均匀以及探针与导电纸的接触因人次数而异，使得接触电阻不稳定，影响描绘结果。
(3)测量时，探针在导电纸点接触移动且重复接触，使得导电纸破损，这样一方面直接影响导电纸的导电性能，影响实验效果，另一方面影响导电纸的使用寿命，频繁更换导电纸，加大实验成本。
由于存在这些缺陷，所以用此描绘仪测得的结果误差比较大，模拟静电场的效果不是很理想。是用一张全新的导电纸作为电介质模拟的结果。若为反复使用过的导电纸，误差更大。
2．后一种描绘仪存在的缺陷
以水作为电介质可以减少导电纸电介质的不足，但由于水自身的特点，不可避免存在以下的缺陷：
(1)水是弱电解质，在外加直流电源的作用下，电解产生氢气和氧气，这些气体以气泡的形式附在电极表面。这样，一方面使得内、外电极表面区域偏离模拟条件，另一方面氧气会使阳极表面氧化，覆盖在电极上的氧化层与水的电阻率不同，影响模拟效果。再者，未电解的离子也会产生与外电压方向相反的电压来破坏模拟条件。
(2)水是有极分子，在外电场作用下产生位移极化和取向极化。两种极化都使得内外电极表面出现束缚电荷，束缚电荷要在水介质内产生与外电场方向相反的附加电场，因此破坏了模拟条件。
(3)每次实验都要更换水槽中的水，且水槽中水的多少还影响模拟的效果，这样给学生实验带来极大的不方便。
因此，用水作为电介质来做这个实验也不是很理想。
三、改进的描绘仪及其优点
针对上述传统描绘仪的缺陷，我们对传统静电场描绘仪作了一些改进。我们的做法是选用合适的镀有ITO膜的导电玻璃来代替传统的导电纸或水，将其作为两电极问的电介质。我们选用的这种电介质和传统的两种电介质相比，至少具有以下优点：
1． ITO膜导电层是采用真空镀膜技术形成的，表面均匀性和电阻均匀度均较好，模拟条件良好，提高了实验的准确性。
2． ITO膜导电层耐磨性好，不会因为和探针的反复接触而被破坏，这样既提高了实验的可重复性，又避免了频繁更换实验耗材，延长了仪器的使用寿命，节约了实验成本。
3．用ITO膜的导电玻璃代替水作为电介质，可以完全克服水的缺点，达到最佳的模拟条件。
四、结论
静电场的描绘范文第2篇
一、直接比较法
高中物理的某些实验，只需定性地确定物理量间的关系，或将实验结果与标准值相比较，就可得出实验结论的，这即是直接比较法。如在“研究电磁感应现象”的实验中，可在观察记录的基础上，经过比较和推理，得出产生感应电流的条件和判定感应电流方向的方法。
二、等效替代法
等效替代法是科学研究中常用的一种思维方法。对一些复杂问题采用等效方法，将其变换成理想的、简单的、已知规律的过程来处理，常可使问题的解决得以简化。因此，等效法也是物理实验中常用的方法。如在“验证力的平行四边形定则”的实验中，要求用一个弹簧秤单独拉橡皮条时，要与用两个弹簧秤互成角度同时拉橡皮条产生的效果相同――使结点到达同一位置O，即要在合力与分力等效的条件下，才能找出它们之间合成与分解时所遵守的关系――平行四边形定则；在“碰撞中的动量守恒”实验中，用小球的水平位移代替小球的水平速度；画“电场中等势线”分布时用电流场模拟静电场；“验证牛顿第二定律”时调节木板倾角，用重力的分力抵消摩擦力的影响，等效于小车不受阻力等等。
三、控制变量法
控制变量法即在多因素的实验中，可以先控制一些物理量不变，依次研究某一个因素的影响。如牛顿第二定律实验中可以先保持质量一定，研究加速度和力的关系；再保持力一定，研究加速度和质量的关系。
在研究欧姆定律的实验中，先控制电阻一定，研究电流与电压的关系；再控制电压一定，研究电流和电阻的关系。
四、累积法
把某些用常规仪器难以直接准确测量的微小量累积将小量变大量测量，以提高测量的准确度减小误差。如在缺乏高精密度的测量仪器的情况下测细金属丝的直径，常把细金属丝绕在圆柱体上测若干匝的总长度，然后除以匝数可求细金属丝的直径；测一张薄纸的厚度时，常先测量若干页纸的总厚度，再除以被测页数而求每页纸的厚度；在“用单摆测重力加速度”的实验中，单摆周期的测定就是通过测单摆完成多次全振动的总时间除以全振动的次数，以减少个人反应时间造成的误差影响。
五、模拟法
有时受客观条件的限制，不能对某些物理现象进行直接实验和测量，于是就人为地创造一定的模拟条件，在这样模拟的条件下进行实验。模拟法是一种间接实验的方法，它是通过与原型相似的模型，来说明原型的规律性。模拟法在中学物理实验中的典型应用是“电场中等势线的描绘”这一实验，由于直接描绘静电场的等势线很困难，而恒定电流的电场与静电场相似，所以用恒定电流的电场模拟静电场中等势线的分布情况。
六、留迹法
留迹法即是利用某些特殊的手段，把一些瞬间即逝的现象(如位置、轨迹图象等)记录下来，以便对其进行仔细的研究。如用打点计时器打出的纸带上的点迹记录小车的位移与时间的关系；用频闪照相机拍摄平抛运动中小球的位置、轨迹；用沙摆显示振动的图象；在“测定玻璃的折射率”的实验中，用大头针的插孔显示入射光线和出射光线的方位；在“电场中等势线的描绘的实验”中，用探针通过复写纸在白纸上留下的痕迹记录等势点的位置，这些都是留迹法在实验中的应用。
七、转换法
将某些不易显示、不易直接测量的物理量转化为易于显示、易于直接测量的物理量的方法称为转换法(间接测量法)。转换法是物理实验中常用的方法。例如，测力计是把力的大小转化为弹簧的伸长量；打点计时器是把流逝的时间转换成振针的周期性振动；电流表是利用电流在磁场中受力，把电流转换成指针的偏转角；还有一些物理量不能由仪器直接测量，这时可利用待测量和可直接测量的基本物理量之间的关系，将待测量物理量的测量转换为基本物理量的测量。
八、外推法
有些物理量可以局部观察或测量，但作为它的极端状态是无法直接观测的，但把这些局部观察、测量得到的规律通过图象或思维运用外推到极端情况，即可以达到目的。例如在“测电源电动势和内电阻”的实验中，无法直接测量断路(I=O)时的路端电压和短路(u=0)时的电流，通过一系列U、I值对应点画出直线并向两方延伸，交u轴点为电动势E，交I轴点为短路电流I短。
九、放大法
在现象、变化、待测物理量十分微小的情况下，往往采用放大法。根据实验的性质和放大对象的不同，放大所使用的物理方法也各异。如游标卡尺、放大镜、显微镜、示波器等仪器都是按放大原理制成的。许多电表如电流表、电压表是利用一根较长的指针把通电后线圈的偏转角显示出来；又比如在卡文迪许扭秤实验中，其测定引力常量的思路最后转移到光点的移动，跟库仑静电力扭秤实验一样，都是将微小形变放大的具体应用。
静电场的描绘范文第3篇
1.遵循新课程理念,用好教材,教学流程设计突出过程与方法。
下面是我在处理电动势这个教学难点的具体做法:
师问:电源的作用是什么?(假定自由电荷为正电荷)
生答:电源是把自由电荷从负极经电源内部搬运到正极。
师问:把自由电荷从负极经电源内部搬运到正极过程中自由电荷受几个力作用?与电荷运动方向关系?
生答:受两个力。静电力的方向与正电荷的运动方向相反,另一个力与运动方向相同。
分析总结:正、负极堆积着正、负电荷,所以电源内部存在着有正极指向负极的静电场,正电荷在电源内部受到的这个静电力的方向与正电荷的运动方向相反,静电力充当阻力。要把电荷从负极搬运到正极就还要受克服静电场对电荷的作用力。这个力由电源提供叫做非静电力,方向与静电力相反。
师问:这两个力对电荷做功吗?电荷的能量变吗?
生答:静电力做负功,非静电力做正功。电荷的电势能增加。
分析总结:从能量转化的角度看,电源是把其它形式的能转化为电能的装置,通过非静电力做功,让电势能增加。即使是把相同的电荷量从负极移到正极,非静电力在不同的电源中做功也不一样,就像把相同的重物从一楼搬上二楼,如果楼层的层高不一样,人力做功就不一样。非静电力对电荷做的功与电荷的比值有特殊意义(相当于楼层的层高),定义为电动势。电动势是电源的一种特性,其大小与非静电力的性质有关,与W和q是无关的。
通过这样的教学过程,学生能建立闭合电路中电荷运动的图景,在分析讨论中感受到比值定义物理量的思想和做功研究能量变化的思想,这些对学好物理,提高解题能力有根本性的帮助。
2.注意学生自主学习能力的培养。
“高中物理新课程标准明确提出,要加强学生自主学习能力的培养,注重发展好奇心与求知欲,培养科学态度和科学精神”。[1]我在本章教学时安排两次自主学习的内容,一次是电阻定律的推导,另一次就是闭合电路的欧姆定律。下面是我在教第七节“闭合电路的欧姆定律”时安排的一节自学的情况:
我提出了如下几个思考题:
(1)闭合电路欧姆定律的推导过程?
(2)定律的文字叙述、公式及单位?
(3)公式中各项意义及各部分之间的关系?
(4)闭合电路欧姆定律与部分电路欧姆定律的区别?
我要求学生完成自学笔记。绝大多数学生在30分钟内完成。我再要求学生做3道浅显的选择题,学生一般5分钟可完成。接下来我组织学生交流讨论自习内容和体会。当然,自学从容量、深度等方面和正常一节课教学是有一定的差距,教师在学生自学的基础上还需安排一定的时间对本节内容进行适当拓展加深,这对学生自学意识、自学方法和能力培养是有意义的。
3.加强学生实验情况的研究、提高实验教学效益。
本章的实验非常重要,是高考重点,仔细分析一下这部分实验,有些实验对学生的实验能力要求比较高,学生在做的过程中感到很难。按惯例,许多学校都是一课时完成一个实验,结果大部分实验效果都不好,我们通常都认为完全是学生不认真造成的,其实不完全是这样。有一次我听了几节“电阻定律”实验探究课,那是全市青年教师课堂教学大赛,即使重点中学的学生,在教师十几分钟的讲解提示以后,能在二十多分钟做完实验、拿出较好数据的也只有两三组,而且几节课的情况大致相同,再结合高三学生实验复习暴露出来的情况,我对本章一些实验的教学作了一些调整。
比如在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验前,我专门增加了一节有关分压电源内容的教学,希望学生能对分压电源电路的结构、特点,以及与以前串联限流电路的区别有一个清楚的认识。实验除了正常实验要求,我还特别强调两点:(1)每位学生至少亲手连一遍电路;(2)电路连结分两步,先连分压电源再连测量部分,注意分压电源正负极。虽然我作了调整,但还有近一半的学生感到有困难。我们以前认为分压电电源电路不怎么难,其实对初学者来说还是很难,根据学生实验过程反映和暴露出的问题,主要表现在学生对分压电源电路工作原理的理解,实验电路结构复杂程度和受以前串联限流电路干扰等方面。因此,我们在实验教学过程中,应认真分析、研究学生的实际学习状况,及时调整教学进度和教学内容,耐心帮助学生解决实验中遇到的困难,而不是一味责怪学生。
本章还一个重要的实验是第九节“实验测定电池的电动势和内阻”分组实验,暴露出最大的问题是图像法处理数据,为此,我花了一节课专门针对该实验的数据进行处理。
4.重视“科学・技术・社会”观念渗透教育,加强对学生情感态度价值观的培养。
《普通高中物理新课程标准》强调让学生“了解体会物理学对经济、社会发展的贡献。关注并思考与物理学相关的热点问题,有可持续发展的意识,能在力所能及的范围内,为社会可持续发展做出贡献”。[2]本章教材中与社会、生活、科技相关的有电池问题、电阻问题、集成电路问题、照明电问题。我们在教学中应予以重视。
我将班级分成若干小组,对市场上可充电电池进行调查,调查哪些种类电池对环境污染较大,哪些则相对较小?各小组根据自己的调查,写出了调查报告。经过评比,我选出其中较好的三份报告在全班进行交流。学生的热情还是比较高的。通过交流,学生对于电池对环境可能造成的污染和对人类可能造成的伤害有了清晰的认识,并且了解了一些关于如何处理废旧电池的正确方法,不仅知道了科学技术造福人类,而且了解科技的发展带来的一些社会问题。学生由此明白,我们应站在更高的层面认识“科学・技术・社会”,养成环境保护、可持续发展的意识,身体力行,从每件小事做起。
静电场的描绘范文第4篇
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静电场的描绘范文第5篇
1.理想化法：影响物理现象的因素往往复杂多变，实验中常可采用忽略某些次要因素或假设一些理想条件的办法，以突出现象的本质因素，便于深入研究，从而取得实际情况下合理的近似结果(通俗他说就是抓大放小)。例如在《用单摆测定重力加速度》的实验中，假设悬线不可伸长，悬点的摩擦和小球在摆动过程的空气阻力不计；在电学实验中把电压表变成内阻是无穷大的理想电压表，电流表变成内阻等于0的理想电流表等等实际都采用了理想化法。
2.平衡法：物理学中常常利用一个量的作用与另一个(或几个)量的作用相同、相当或相反来设计实验，制作仪器，进行测量。例如测量中的基本工具弹簧秤的设计是利用了力的平衡，天平的设计是根据力矩的平衡；温度计是利用了热的平衡。
3.放大法：在现象、变化、待测物理量十分微小的情况下，往往采用放大法。根据实验的性质和放大对象的不同，放大所使用的物理方法也各异。例如：在《测定金属电阻率》实验中所使用的螺旋测微器：主尺上前进(或后退)0.5毫米，对应副尺上有5n个等分，实际上是对长度的机械放大；许多电表如电流表、电压表是利用一根较长的指针把通电后线圈的偏转角显示出来。
4.累积法：将微小量累积后测量求平均的方法，能减小相对误差。实验中也经常涉及这一方法。例如，在《用单摆测定重力加速度》实验中，需要测定单摆周期，用秒表测一次全振动的时间误差很大，于是采用测量30～50次全振动的时间T，从而求出单摆的周期T=t/n(n为全振动次数)。
5.转换法：某些物理量不容易直接测量，或某些现象直接显示有困难，可以采取把所要观测的变量转换成其他变量(力、热、声、光、电等物理量)的相互转换进行间接观察和钡Ⅱ量，这就是转换法，还是以卡文迪许《用扭秤装置测定万有引力恒量实验》为例：其基本的思维方法便是等效转换。卡文迪许扭秤发生扭转后，引力对T形架的扭转力矩与石英丝由于弹性形变产主的扭转力矩这就是等效转换，间接地达到了无法达到的目的。本实验中转换法还应用于石英丝扭转角度的测量上，这个角度不是直接测出的，而是利用平面镜反射光在刻度尺上移动的距离间接测出的。
6.控制变量法，在高中物理中的许多实验，往往存在着多种变化的因素，为了研究它们之间的关系可以先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响。
最典型的例子是《验证牛顿第二运动定律》的实验，我们研究的方法是：先保持，物体的质量一定，研究加速度与力的关系：再保持力不变研究加速度与质量的关系，最后综合得出物体的加速度与它受到的合外力及物体质量之间的关系。当然本实验还涉及到各种系统误差的产生，限于篇幅不再赘述。
7.留迹法：有些物理现象瞬间即逝。如运动物体所处的位置，轨迹或图像等，设法记录下来，以便从容地测量、比较和研究。例如：在《测定匀变速直线运动的加速度》《验证牛顿第二运动定律》等实验中，就是通过纸带上打出的点记录下小车(或重物)在不同时刻的位置，(位移)及所对应的时刻，从而可从容计算小车在各个位置或时刻的速度，并求出加速度。
8.模拟法：有时受客观条件限制，不能对某些物理现象送行直接实验和测量，于是就人为地创造一定的模拟条件，在这样模拟的条件下进行实验。例如在《电场中等势线的描绘》实验中，因为对静电场直接测量很困难，故采用易测量的电流场来模拟。
