静电场模拟实验中误差的研究

罗志娟，段永法，谢艳丁

(空军预警学院，湖北 武汉 430019)

静电场模拟实验中误差的研究

罗志娟，段永法，谢艳丁

(空军预警学院，湖北 武汉 430019)

静电场模拟实验是非常典型的实验，但是在数据处理中会发现大量误差，本文定性的研究了电压表内阻来源对实验结果的影响，加深对静电场描绘总体思路的理解。

静电场模拟；数据处理；电压表内阻

静电场模拟实验是大学物理实验之一，一般工科院校都会开设，但是在数据处理中会发现大量问题，例如周玲[1]等提出在紧靠内、外极板经常有电压跃变，即在一定范围内都无法测出电压值，由实验曲线推算出圆柱体A和圆筒B的半径与实际测量值相差甚远，钱晓丹[2]等提出探针与导电纸之间的接触电阻在实验中会引起误差，本文着重从 电压源内阻考虑出发对电路进行分析对实验数据做出合理解释，从而加深学生对静电场模拟的理解[3-4]。

1 实验装置及数据处理中的问题

我校使用的是上海汇耿科教仪器厂生产的双层式静电场测定仪，模拟同轴电缆线中的静电场，实验装置如图1，同心圆环的内外半径分别为a=5.0 mm,b=75.0 mm；va=10 V

图1 实验装置示意图

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

实验结果填入表1中，并以表1中的数据画曲线图2。

图2 电势与的关系曲线图

2 理论分析

从图2中可以看出r较大时，曲线呈很好的线性，这也符合杨述武[3]在教材中给出的公式

(1)

但是当r较小时，曲线的斜率发生变化，这是因为没有考虑电压表内阻对实验结果的影响，考虑电压表后实验装置的等效电路图如下。

图3 等效电路

设导电纸的厚度为t，电阻率为ρ，则

(2)

当r越大，R2越小，RV≥R2，(2)式就等效于(1)式，r越小，R2越大,这时要考虑电压表内阻，等效电阻变小,r处的电势减少，例如图2的B点，为了使B处的电势达到对应电势，探针需向内移动到A处。

3 结 论

在学生的实验数据处理中，习惯于将个有的点连成一条直线，即使有的注意到图2中最上面的点偏离直线，但是很少会注意到物理本质，仔细思考，通过这样的分析，可以加深对实验原理的理解，学会用数学知识正确表示自然界的物理规律。

[1] 周玲.关于静电场模拟实验中一个误差的讨论[J]．安徽师大学报,1994:105-106.

[2] 钱晓凡，张星明.静电场模拟实验中一个不容忽视的误差[J]．物理实验，1991：234-235．

[3] 邵静.静电场描绘的一种改进方法[J].大学物理实验，2014(4)：33-37.

[4] 程方锐.静电场模拟描迹实验的误差分析和仪器改进[J].大学物理实验，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