靜電場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)中誤差的研究

羅志娟，段永法，謝艷丁

(空軍預(yù)警學(xué)院，湖北 武漢 430019)

靜電場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)中誤差的研究

羅志娟，段永法，謝艷丁

(空軍預(yù)警學(xué)院，湖北 武漢 430019)

靜電場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)是非常典型的實(shí)驗(yàn)，但是在數(shù)據(jù)處理中會(huì)發(fā)現(xiàn)大量誤差，本文定性的研究了電壓表內(nèi)阻來源對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，加深對(duì)靜電場(chǎng)描繪總體思路的理解。

靜電場(chǎng)模擬；數(shù)據(jù)處理；電壓表內(nèi)阻

靜電場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)之一，一般工科院校都會(huì)開設(shè)，但是在數(shù)據(jù)處理中會(huì)發(fā)現(xiàn)大量問題，例如周玲[1]等提出在緊靠內(nèi)、外極板經(jīng)常有電壓躍變，即在一定范圍內(nèi)都無法測(cè)出電壓值，由實(shí)驗(yàn)曲線推算出圓柱體A和圓筒B的半徑與實(shí)際測(cè)量值相差甚遠(yuǎn)，錢曉丹[2]等提出探針與導(dǎo)電紙之間的接觸電阻在實(shí)驗(yàn)中會(huì)引起誤差，本文著重從 電壓源內(nèi)阻考慮出發(fā)對(duì)電路進(jìn)行分析對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出合理解釋，從而加深學(xué)生對(duì)靜電場(chǎng)模擬的理解[3-4]。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)處理中的問題

我校使用的是上海匯耿科教儀器廠生產(chǎn)的雙層式靜電場(chǎng)測(cè)定儀，模擬同軸電纜線中的靜電場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1，同心圓環(huán)的內(nèi)外半徑分別為a=5.0 mm,b=75.0 mm；va=10 V

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

rr1r2r3r4r5r6r7r8rlnr104.95.05.14.74.84.24.65.04.81.687.17.57.47.77.27.07.47.67.42.0612.512.313.012.712.812.312.412.712.62.5423.523.423.723.824.024.224.523.923.93.2243.144.042.944.544.243.944.844.744.03.8074.274.773.574.574.374.173.973.174.54.3

實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1中，并以表1中的數(shù)據(jù)畫曲線圖2。

圖2 電勢(shì)與的關(guān)系曲線圖

2 理論分析

從圖2中可以看出r較大時(shí)，曲線呈很好的線性，這也符合楊述武[3]在教材中給出的公式

(1)

但是當(dāng)r較小時(shí)，曲線的斜率發(fā)生變化，這是因?yàn)闆]有考慮電壓表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，考慮電壓表后實(shí)驗(yàn)裝置的等效電路圖如下。

圖3 等效電路

設(shè)導(dǎo)電紙的厚度為t，電阻率為ρ，則

(2)

當(dāng)r越大，R2越小，RV≥R2，(2)式就等效于(1)式，r越小，R2越大,這時(shí)要考慮電壓表內(nèi)阻，等效電阻變小,r處的電勢(shì)減少，例如圖2的B點(diǎn)，為了使B處的電勢(shì)達(dá)到對(duì)應(yīng)電勢(shì)，探針需向內(nèi)移動(dòng)到A處。

3 結(jié) 論

在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，習(xí)慣于將個(gè)有的點(diǎn)連成一條直線，即使有的注意到圖2中最上面的點(diǎn)偏離直線，但是很少會(huì)注意到物理本質(zhì)，仔細(xì)思考，通過這樣的分析，可以加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)知識(shí)正確表示自然界的物理規(guī)律。

[1] 周玲.關(guān)于靜電場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)中一個(gè)誤差的討論[J]．安徽師大學(xué)報(bào),1994:105-106.

[2] 錢曉凡，張星明.靜電場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)中一個(gè)不容忽視的誤差[J]．物理實(shí)驗(yàn)，1991：234-235．

[3] 邵靜.靜電場(chǎng)描繪的一種改進(jìn)方法[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2014(4)：33-37.

[4] 程方銳.靜電場(chǎng)模擬描跡實(shí)驗(yàn)的誤差分析和儀器改進(jìn)[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012(3)：44-46.

Research of the Error in Electrostatic Field Simulation Experimen

LUO Zhi-juan,DUAN Yong-fa,XIE Yan-ding

(Air Force Early Warning Academic,Hubei Wuhan 430019)

The electrostatic field experiment is one of the typical experiments,but large errors have been discovered during the date processed.The influence by the resistance of voltmeter on experimental result is qualitative discussed,in order to deepen the understanding of the electrostatic field experiment of overall idea.

electrostatic field simulation；date processed；resistance of voltmeter

2016-06-05

1007-2934(2016)06-0111-02

O 4-34

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.006.030