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电磁场实验指导书 电信教研室 华北电力大学 二零零四年七月 实验一 静电场描绘 一、 实验目的 掌握静电模拟法的应用。 加深电场强度、电位及二者间关系的理解。 熟悉常见静电场中电场强度和等电位面的分布。 二、实验原理 1.两点电荷的电场分布 由图1所示，两点电荷A、B各带等量异号电荷，其上分别为+V和－V，由于对称性，等电位面也是对称分布的，电场分布图见图1。 做实验时，是以导电率很好的自来水，填充在水槽电极的两极之间。若在两电极上加一定的电压，可以测出自来水中两点电荷的电场分布。与长平行导线的电场分布相同。 2.同轴柱面的电场分布 由图2所示，圆环B的中心放一点电荷A，分别加+V和－V，由于对称性，等位面都是同心圆，电场分布的图形见图2。 如图2所示，设小圆的电位为Va半径为a，大圆的电位为Vb，半径为b，则电场中距离轴心为r处的电位Vr可表示为： （1） 又根据高斯定理，则圆柱内r点的场强 E=K/r ， a＜r＜b （2） 式中K由圆柱的线电荷密度决定。 将（2）式代入（1）式 （3） 在r=b处应有： 所以 （4） 如果取Va=V0，Vb=0，将（4）式代入（3）式，得到： （5） 为了计算方便，上式也可写作： （6） 3.聚焦电极的电场分布 示波管的聚焦电场是由第一聚焦电极A1和第二加速电极A2组成。A2的电位比A1的电位高。电子经过此电场时，由于受到电场力的作用，使电子聚焦和加速。 做模拟实验时，将图3所示的两级电极固定在水槽内，并在两电极上加适当的电压，便能得到图3所示的电场分布。 当电极接上交流电时，产生交流电场中的瞬时值是随时间变化的，但交流电压的有效值与直流电压是等效的。所以在交流电场中用交流毫伏表测量有效值的等位线与在直流电场中测量同值的等位线，其效果和位置完全相同。 三、实验设备 序 号 名 称 型号与规格 数 量 1 电场描绘仪器 DZ-2 1 2 静电场描绘电源 AC-20 1 3 双层探针 1 1 4 分压器 5 单刀开关 KH-1 1 6 电压表 1 7 两点电荷水槽电极 1 8 同轴柱面水槽电极 1 9 聚焦电场水槽电极 1 四、实验内容 按照图4连接电路 1. 两点电荷的电场分布 使用DZ-2型静电场描绘仪的两点电荷水槽电极，参考图4实验电路图连线，电压表10V量程，和探针联合使用，调节分压器使工作电压为～10V，然后分别测出其等位点。 2．同轴柱面的电场分布 更换DZ-2型电场描绘仪的同轴柱面水槽电极，参考图4进行实验，既可定性描绘，也可定量计算。 3. 聚焦电极的电场分布 更换聚焦电场的水槽电极进行实验，可了解静电透镜的聚焦作用，加深对阴级射线示波管的理解。 五、实验注意事项 1. 水槽由有机玻璃制成，如学生使用时摔裂等，可用氯仿CH4CI3滴到开裂外。 2. 电极与铜导线保持良好接触，实验完后，将水槽中的自来水倒净空干。 3. 学生实验全部进行完毕后，用很稀的盐酸溶液洗水槽和电极，再用自来水冲净，以便多年使用。 六、实验报告 描画出等电位线，并依据等电位线与E线之间的关系，画出E线分布图。 实验二 螺线管磁场测试 一、实验目的 了解霍尔元件的基本原理和产生霍尔效应的物理过程。 用霍尔元件测量载流长直螺线管的轴向磁场，了解其分布情况。 二、实验原理 1.霍尔效应 把半导体薄片放在磁场中，并使薄片平面垂直于磁场方向，如图1（a），若在纵向4、3通以电流I，那么在横向2、1两端间出现电位差，这种现象叫做“霍尔效应”。出现的电位差叫做霍尔电压VH。 载流子的符号取决于这种霍尔电压的符号。如果载流子为正，则1处的电位比2处的电位高，如图1（a）；如果载流子为负，则1处的电位低，如图1（b）。实验证明，在金属中的载流子为负电。 霍尔电位差的出现是由于I沿4、3方向通过薄片时，薄片内定向移动的载流子要受到洛仑兹力fB的作用而偏转。 fB=eVd×B 式中e、Vd分别是载流子的电量、移动速度，B是磁感应强度。载流子偏转的结果使电荷在横向的1、2两