用模擬法描繪靜電場靜電場是由電荷分佈決定的。給定區域內的電荷分佈和介質分佈及邊界條件，可根據麥克斯韋議程組和邊界條件來求得電場分佈。但大多數情況下求出解析解，因此，要靠數字解法求出或實驗方法測出電場分佈。【實驗目的】1.學會用模擬法描繪和研究靜電場的分佈狀況。2.掌握瞭解模擬法應用的條件和方法。3.加深對電場強度及電勢等基本概念的理解。【實驗儀器】導電液體式電場描繪儀，同軸電極，平行板電極，白紙（自備）【實驗原理】直接測量靜電場是很困難的，因為儀表（或其探測頭）放入靜電場中會使被測電場發生一定變化。如果用靜電式儀表測量，由於場中無電流流過，不起作用。因此，在實驗中採用恆定電流場來模擬靜電場。即透過測繪點定電流場的分佈來測繪對應的靜電場分佈。模擬法的要求是：仿造一個場（稱為模擬場），使它的分佈和靜電場的分佈完全一樣，當用探針去探測曲勢分佈時，不會使電場分佈發生畸變，這樣就可以間接測出靜電場。用模擬法測量靜電場的方法之一是用電流場代替靜電場。由電磁學理論可知電解質（或水液）中穩恆電流的電流場與電介質（或真空）中的靜電場具有相似性。在電流場的無源區域中，電流密度向量和靜電場中的電場強度向量所遵從的物理規律具有相同的數學形式，所以這兩種場具有相似性。在相似的場源分佈和相似的邊界條件下，它們的解的表示式具有相同的數學模型。如果把連線電源的兩個電極放在不良導體如稀薄溶液（或水液）中，在溶液中將產生電流場。電流場中有許多電位彼此相等的點，測出這些電位相等的點，描繪成面就是等位面。這些面也是靜電場中的等位面。通常電場分佈是在三維空間中，但在水液中進行模擬實驗時，測出的電場是在一個水平面內的分佈。這樣等位面就變成了等位線，根據電力線與等位線正交的關係，即可畫出電力線。這些電力線上每一點切線方向就是該點電場強度的方向。這就可以用等位線和電力線形象地表示靜電場的分佈了。 檢測電流中各等位點時，不影響電流線的分佈，測量支路不能從電流場中取出電流，因此，必須使用高內阻電壓就能消除這種影響。當電極接上交流電壓時，產生交流電場的瞬時值是隨時間變化的，但交流電壓的有效值與直流電壓是等效的（見附錄），所以在交流電場中用交流電壓表測量有效值的等位線與直流電場中測量同值的等位線，其效果和位置完全相同。模擬法的應用條件是“模擬場“的基本規律或所滿足的數學議程要與被模擬的場完全一樣，這種模擬為數學模擬。恆定電流場和靜電場滿足相似的偏微分方程，只要帶電體（即電極）的形狀和大小，它們之間的相對位置以及邊界條件一樣。那麼這兩個場的分佈就是一樣的。根據靜電場與恆定電流場的對應關係，上述靜電場可以用下面的恆定電流場來模擬：兩長直同軸圓柱形導體，內圓柱半徑為a，外圓筒內半徑為b，其間充以電容率為 的均勻電介質，內外圓柱保持電勢差V0=VA—VB。只要我們測出模擬恆定電流場的分佈，則可得出被模擬靜電場的分佈。不用形狀的電極，可以模擬不同形狀的靜電場，如平行板電極，可以模擬平行板電容器中的靜電場。圖a 圖b如圖a所示為一個同軸圓柱電極，內電極半徑為a，外電極半徑為b，內電極電勢Va，外電極電勢Vb＝0，在兩極間距軸心r處的電勢為： ，由高斯定理知半徑為r的圓柱面上的電場是： 式中λ是圓柱面單位長度上的電量，ε是兩極間介電常數，由兩式可得 當r＝b時， ，則 ，代入上式有： 此式即為同軸圓柱電極間靜電場中的電勢分佈公式。若在同軸圓柱電極間充填均勻不良導體，在該電極間將形成穩定的電流場。同上道理，也可推匯出穩定電流場中的電勢分佈公式為 比較兩個公式不難看出，它們都滿足高斯定理的拉普拉斯方程，其電勢分佈是相同的。而穩定電流場不會因為探針的引入導致電場畸變，所以完全可用電極尺寸相同，邊界條件一樣的穩定電流場來模擬靜電場進行探測，從而間接描繪出靜電場的分佈狀況。【實驗內容及步驟】1.按線路圖連線線路（圖b為同軸圓柱電極）。2.用水準儀調平水槽架底座。在水槽內注入一定量的水，在水槽架上層壓好白紙，用於記錄測繪點；接通電源，電壓調至10V，其值由數字電壓表置“輸出”時讀出，探針置於水槽外。3.將探針與內電極緊密接觸，電壓顯示為10V，其值由數字電壓表置“檢測”時讀出。若電壓顯示為0V，則改變電源電壓輸出極性。4.讓探針在兩極間慢慢移動，依次測出電壓分別為7.0V、5.0V、3.0V、1.0V的等勢線，每一個等勢線8個測量點。5.用探針沿外電極內、外側分別取三個和一個記錄點，用於確定電極的圓心和外電極的厚度；記錄內電極直徑和外電極內直徑。6.用平行板電極換下同軸圓柱電極重複（2、3）兩個步驟，分別沿7.5V、5.0V、2.5V三個等勢線各記錄8個測量點(均勻分佈)，並做出確定電極位置的測量點。7.在平行板電極測量紙上用不同符號標註出各等勢線上的測量點和等勢線數值，畫出電極，繪出實驗等勢線和電場線。8.在同軸圓柱電極記錄紙上，用幾何方法確定圓心，畫出內、外電極，用不同符號標註出各等勢線上的測量點和等勢線數值，繪出理論等勢線（根據公式計算）和電場線。9.量出同軸圓柱電極記錄紙上等勢線各測量點到圓心的距離，求出平均值。在半對數座標紙上繪出Vr/Va～lnr理論曲線，標出對應的實驗測量點 ，畫出實驗曲線。【實驗教學指導要點】1．模擬場除滿足與被側場有相似地數學方程和邊界條件外，還要求水槽底座一定要水平，溶液導電率遠小於電極且處處均勻，電源必須是一定頻率的交流電，以防止電介質的極化。 2．水槽中裝入的水不可漫過電極上表面。3．導線的連線一定要牢固，避免因接觸電阻而導致輸出電壓達不到要求。4．描繪電場線應始於高電勢電極的外表面，終止於低電勢電極的內表面，且處處與等勢線垂直。電場線的密度反映了電場強度的大小。5． 上層記錄紙上打點時，不要用力過猛，輕輕按即可，以免移動電極，帶來誤差。6． 做實驗時，要確定圓心；要確定電極位置；除此之外，還要描出兩極板之間的區域外向外延伸的邊緣效應。7． 作圖時，不僅要畫出等勢線，還應畫出電場線（起於正電荷，止於負電荷）。ab同軸圓柱電極電場分佈平行板電極電場分佈 10.0V 7.5V 5.0V 2.5V 0.0V 8． 在半對數座標紙上作圖時，要把理論直線和實驗直線同時作出。Vr /Va～ln r曲線Vr /Va 1.00.80.60.40.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1 2 3 4 5 6 7 89 r (cm)此圖用半對數座標紙進行繪製，縱向為均勻分佈，橫向為對數分佈。圖中理論曲線為過(ln a, 1)和(ln b, 0)，線上四點為實際測量點。9． 在電極間加上直流電壓時所形成的電場是不隨時間變化的，是穩定的。如果在電極間加交流電壓，電場將隨時間而變，場面穩定。但考慮到直電極間加上不同值的直流電壓時，場中相對的電勢值一定的等勢線或面的幾何形狀和位置都不變。既接交流電壓時，可看作在電極上塊速變換不同值的直流電壓（包括極性）。因此，在交流電場中測定的相對電勢線和直流電場中測定的同值相對電勢等勢線，其開頭和位置都完全相同。但必須指出這裡的完全相同是有條件的。我們所選的交流電的頻率不能高，否則會出現電極間點電勢不是目前增減的效應。我們選用的是50HZ的交流電，場中的電極和不良條件互相楊成電容的影響可以忽略不計。完全符合條件。【實驗隨即提問】1.提問：本實驗對靜電場的測繪採用的是什麼方法？為什麼要用此方法？回答：採用的是模擬法測繪靜電場。因為直接測量靜電場的分佈，需用探針對空間各點逐點進行測量。當把探針放入靜電場後，由於靜電感應，探針上會產生感應電荷，則會改變原電極的電荷分佈，從而引起原電場的畸變。顯然直接測量不可行，所以採用模擬法來進行測繪。2.提問：模擬法分為哪兩種模擬，其應用的條件是什麼？本實驗採用的是哪一種模擬？回答：模擬法分為物理模擬和數學模擬。物理模擬的應用條件為物理相似和幾何相似，即模型和原型都遵從同樣的物理規律；模型的幾何尺寸與原型的幾何尺寸成比例的放大或縮小。數學模擬應用的條件為模型與原型在物理實質上可以完全不同，但它們都遵從相同的數學規律，即滿足相似的數學方程，還要帶電體（即電極）的形狀和大小，它們之間的相對位置以及邊界條件一樣。用恆定電流場模擬靜電場採用的是數學模擬。3.提問：為什麼不良導體內的電場分佈與真空中的靜電場分佈相同？回答：因為在不良導體內沒有電流透過時，其中任一宏觀體積元中的正負電荷數量相等，沒有淨電荷，呈電中性。當有直流電流透過時，單位時間內流出體積元的電荷被流入的同號電荷所代替，體積元內正負電荷數量還是相等，因而整個體積內呈電中性。換言之，真空中的靜電場是由電極上的電荷產生的，而在有恆定電流透過的不良導體中，電場也是由電極上的電荷產生的。不同的是靜電場中電極上的電荷靜止不動，而恆流場中電極上的電荷一邊流失，一邊由電源隨時補充，在動態平衡狀態下保持電荷的數量不變。所以，兩種狀況下電場的分佈是相同的。4.提問：用恆定電流場模擬靜電場的實驗條件是什麼？回答：實驗條件首先要求不良導體在兩極間區域內其電導率是常數，並保持其厚度不變；其次要求測量電勢的儀表中基本上無電流透過。從本質上講就是要保證測量時，恆定電流場的電位分佈在極間區域內和邊界上不會因測量操作而發生改變。5.提問：實驗中如何做測量點？回答：⑴ 同軸柱形電極沿半徑做測量點。首先沿與實驗者垂直的兩個半徑做測量點，沿半徑由高電勢向低電勢（由中心電極向外電極）依次做四個測量點；再反方向沿另一個半徑線做四個測量點；其次沿水平方向的兩個半徑做測量點，最後再做左斜和右斜的四個半徑線，其佈局如同一個“米”形。這樣做測量點的優點在於不會遺漏測量點，同時也可使同一條等勢線上的測量點均勻分佈。做完所有等勢線上測量點後，還需沿外電極外沿做三個測量點，以確定電極的圓心。⑵ 平行板電極沿等勢線做測量點，由高電勢向低電勢依次做出等勢線。沿等勢線做測量點時，不可只侷限於電極兩端之間的區域內，一定要向外延伸擴充套件。因為實驗中的平行板電極是有限長的，在電極兩端電場存在邊緣效應，所以，在測量中沿等勢線先在中間做四個測量點，其次在電極兩端各做一個測量點，然後向兩端外延約1釐米再各做一個測量點，最後，再沿兩個電極板的四個角各做一個測量點，確定電極的位置。6.提問：如何繪製電場分佈圖？回答：⑴ 同軸柱形電極：首先根據外電極外沿的三個測量點，用幾何作圖法確定圓心，由測出的半徑a、b，畫出完整的同軸柱形電極。由公式算出各等勢線的理論半徑值，按理論半徑值畫出等勢線。用同一種符號標出同一等勢線上的八個測量點，並註明等勢線的量值。再依據電場線與等勢線處處正交的特性，畫出電場線，標出其方向（由公式E=-dU/dr知，電場的方向是由高電勢指向低電勢）。因為在靜電平衡狀態下，導體內部電場為零，電荷分佈於導體表面。所以電場線始於中心電極的外表面，終止於外電極的內表面。最後寫出圖名（同軸柱形電極電場分佈圖）。⑵ 平行板電極根據確定電極位置的測量點畫出兩電極板，分別用光滑曲線連線同一電勢的八個測量點，畫出等勢線，用同一種符號將測量點標出，並註明等勢線量值。與同軸電極一樣，畫出電場線及其方向。在畫電場線時，要特別注意靠近極板兩端電場的邊緣效應。寫出圖名（平行板電極電場分佈圖）。7.提問：如何為什麼對柱形電極要用單對數座標紙作圖？怎樣用單對數座標紙作圖？回答：由極間電勢的公式 知， 僅僅只是座標r的函式，所以用單對數座標紙可以表現出 與r的線性關係，且作圖比較便捷。單對數座標紙（又稱半對數座標紙）在製作時已將某個軸向取好對數，從座標紙上看刻度值，一個軸向是均勻分佈，而另一個軸向則是對數分佈。在做同軸柱形電極“ ～ 理論曲線”圖時，在座標紙上以均勻分佈刻度為縱軸取名 ，以對數分佈刻度為橫軸取名r（cm），以點(lna,1)和點(lnb,0)為端點，畫出理論直線。然後，分別量出各等勢線上八個測量點的實際半徑記錄於資料表中，並算出各等勢線實際平均半徑值，在座標紙上描出平均值點，觀察其是否落在理論直線上。 8.提問：能否模擬平行軸電線或帶有等量異號電荷的平行長直圓柱體的電場？為什麼?回答：能。由電磁學理論可知電解質（或水液）中穩恆電流的電流場與電介質（或真空）中的靜電場具有相似性。在電流場的無源區域中，電流密度向量和靜電場中的電場強度向量所遵從的物理規律具有相同的數學形式，所以這兩種場具有相似性。在相似的場源分佈和相似的邊界條件下，它們的解的表示式具有相同的數學模型。如果把連線電源的兩個電極放在不良導體如稀薄溶液（或水液）中，在溶液中將產生電流場。電流場中有許多電位彼此相等的點，測出這些電位相等的點，描繪成面就是等位面。這些面也是靜電場中的等位面。通常電場分佈是在三維空間中，但在水液中進行模擬實驗時，測出的電場是在一個水平面內的分佈。這樣等位面就變成了等位線，根據電力線與等位線正交的關係，即可畫出電力線。這些電力線上每一點切線方向就是該點電場強度的方向。這就可以用等位線和電力線形象地表示靜電場的分佈了。9. 提問：請給出模擬平面板與其中垂面上長直帶電圓柱體的電場的主要步驟？回答：(1).按線路圖連線線路。(2).用水準儀調平水槽架底座。在水槽內注入一定量的水，在水槽架上層壓好白紙，用於記錄測繪點；接通電源，電壓調至10V，其值由數字電壓表置“輸出”時讀出，探針置於水槽外。(3).將探針與內電極緊密接觸，電壓顯示為10V，其值由數字電壓表置“檢測”時讀出。若電壓顯示為0V，則改變電源電壓輸出極性。(4).讓探針在兩極間慢慢移動，依次測出電壓分別為7.5V、5.0V、2.5V的等勢線，每一個等勢線8個測量點。(5).用探針沿帶電圓柱體電極外側取三個記錄點，用探針沿帶電平面板電極外側取四個記錄點，用於確定電極的圓心和電極的厚度。(6). 在測量紙上用不同符號標註出各等勢線上的測量點和等勢線數值，畫出電極，繪出實驗等勢線和電場線。
用模擬法描繪靜電場靜電場是由電荷分佈決定的。給定區域內的電荷分佈和介質分佈及邊界條件，可根據麥克斯韋議程組和邊界條件來求得電場分佈。但大多數情況下求出解析解，因此，要靠數字解法求出或實驗方法測出電場分佈。【實驗目的】1.學會用模擬法描繪和研究靜電場的分佈狀況。2.掌握瞭解模擬法應用的條件和方法。3.加深對電場強度及電勢等基本概念的理解。【實驗儀器】導電液體式電場描繪儀，同軸電極，平行板電極，白紙（自備）【實驗原理】直接測量靜電場是很困難的，因為儀表（或其探測頭）放入靜電場中會使被測電場發生一定變化。如果用靜電式儀表測量，由於場中無電流流過，不起作用。因此，在實驗中採用恆定電流場來模擬靜電場。即透過測繪點定電流場的分佈來測繪對應的靜電場分佈。模擬法的要求是：仿造一個場（稱為模擬場），使它的分佈和靜電場的分佈完全一樣，當用探針去探測曲勢分佈時，不會使電場分佈發生畸變，這樣就可以間接測出靜電場。用模擬法測量靜電場的方法之一是用電流場代替靜電場。由電磁學理論可知電解質（或水液）中穩恆電流的電流場與電介質（或真空）中的靜電場具有相似性。在電流場的無源區域中，電流密度向量和靜電場中的電場強度向量所遵從的物理規律具有相同的數學形式，所以這兩種場具有相似性。在相似的場源分佈和相似的邊界條件下，它們的解的表示式具有相同的數學模型。如果把連線電源的兩個電極放在不良導體如稀薄溶液（或水液）中，在溶液中將產生電流場。電流場中有許多電位彼此相等的點，測出這些電位相等的點，描繪成面就是等位面。這些面也是靜電場中的等位面。通常電場分佈是在三維空間中，但在水液中進行模擬實驗時，測出的電場是在一個水平面內的分佈。這樣等位面就變成了等位線，根據電力線與等位線正交的關係，即可畫出電力線。這些電力線上每一點切線方向就是該點電場強度的方向。這就可以用等位線和電力線形象地表示靜電場的分佈了。 檢測電流中各等位點時，不影響電流線的分佈，測量支路不能從電流場中取出電流，因此，必須使用高內阻電壓就能消除這種影響。當電極接上交流電壓時，產生交流電場的瞬時值是隨時間變化的，但交流電壓的有效值與直流電壓是等效的（見附錄），所以在交流電場中用交流電壓表測量有效值的等位線與直流電場中測量同值的等位線，其效果和位置完全相同。模擬法的應用條件是“模擬場“的基本規律或所滿足的數學議程要與被模擬的場完全一樣，這種模擬為數學模擬。恆定電流場和靜電場滿足相似的偏微分方程，只要帶電體（即電極）的形狀和大小，它們之間的相對位置以及邊界條件一樣。那麼這兩個場的分佈就是一樣的。根據靜電場與恆定電流場的對應關係，上述靜電場可以用下面的恆定電流場來模擬：兩長直同軸圓柱形導體，內圓柱半徑為a，外圓筒內半徑為b，其間充以電容率為 的均勻電介質，內外圓柱保持電勢差V0=VA—VB。只要我們測出模擬恆定電流場的分佈，則可得出被模擬靜電場的分佈。不用形狀的電極，可以模擬不同形狀的靜電場，如平行板電極，可以模擬平行板電容器中的靜電場。圖a 圖b如圖a所示為一個同軸圓柱電極，內電極半徑為a，外電極半徑為b，內電極電勢Va，外電極電勢Vb＝0，在兩極間距軸心r處的電勢為： ，由高斯定理知半徑為r的圓柱面上的電場是： 式中λ是圓柱面單位長度上的電量，ε是兩極間介電常數，由兩式可得 當r＝b時， ，則 ，代入上式有： 此式即為同軸圓柱電極間靜電場中的電勢分佈公式。若在同軸圓柱電極間充填均勻不良導體，在該電極間將形成穩定的電流場。同上道理，也可推匯出穩定電流場中的電勢分佈公式為 比較兩個公式不難看出，它們都滿足高斯定理的拉普拉斯方程，其電勢分佈是相同的。而穩定電流場不會因為探針的引入導致電場畸變，所以完全可用電極尺寸相同，邊界條件一樣的穩定電流場來模擬靜電場進行探測，從而間接描繪出靜電場的分佈狀況。【實驗內容及步驟】1.按線路圖連線線路（圖b為同軸圓柱電極）。2.用水準儀調平水槽架底座。在水槽內注入一定量的水，在水槽架上層壓好白紙，用於記錄測繪點；接通電源，電壓調至10V，其值由數字電壓表置“輸出”時讀出，探針置於水槽外。3.將探針與內電極緊密接觸，電壓顯示為10V，其值由數字電壓表置“檢測”時讀出。若電壓顯示為0V，則改變電源電壓輸出極性。4.讓探針在兩極間慢慢移動，依次測出電壓分別為7.0V、5.0V、3.0V、1.0V的等勢線，每一個等勢線8個測量點。5.用探針沿外電極內、外側分別取三個和一個記錄點，用於確定電極的圓心和外電極的厚度；記錄內電極直徑和外電極內直徑。6.用平行板電極換下同軸圓柱電極重複（2、3）兩個步驟，分別沿7.5V、5.0V、2.5V三個等勢線各記錄8個測量點(均勻分佈)，並做出確定電極位置的測量點。7.在平行板電極測量紙上用不同符號標註出各等勢線上的測量點和等勢線數值，畫出電極，繪出實驗等勢線和電場線。8.在同軸圓柱電極記錄紙上，用幾何方法確定圓心，畫出內、外電極，用不同符號標註出各等勢線上的測量點和等勢線數值，繪出理論等勢線（根據公式計算）和電場線。9.量出同軸圓柱電極記錄紙上等勢線各測量點到圓心的距離，求出平均值。在半對數座標紙上繪出Vr/Va～lnr理論曲線，標出對應的實驗測量點 ，畫出實驗曲線。【實驗教學指導要點】1．模擬場除滿足與被側場有相似地數學方程和邊界條件外，還要求水槽底座一定要水平，溶液導電率遠小於電極且處處均勻，電源必須是一定頻率的交流電，以防止電介質的極化。 2．水槽中裝入的水不可漫過電極上表面。3．導線的連線一定要牢固，避免因接觸電阻而導致輸出電壓達不到要求。4．描繪電場線應始於高電勢電極的外表面，終止於低電勢電極的內表面，且處處與等勢線垂直。電場線的密度反映了電場強度的大小。5． 上層記錄紙上打點時，不要用力過猛，輕輕按即可，以免移動電極，帶來誤差。6． 做實驗時，要確定圓心；要確定電極位置；除此之外，還要描出兩極板之間的區域外向外延伸的邊緣效應。7． 作圖時，不僅要畫出等勢線，還應畫出電場線（起於正電荷，止於負電荷）。ab同軸圓柱電極電場分佈平行板電極電場分佈 10.0V 7.5V 5.0V 2.5V 0.0V 8． 在半對數座標紙上作圖時，要把理論直線和實驗直線同時作出。Vr /Va～ln r曲線Vr /Va 1.00.80.60.40.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1 2 3 4 5 6 7 89 r (cm)此圖用半對數座標紙進行繪製，縱向為均勻分佈，橫向為對數分佈。圖中理論曲線為過(ln a, 1)和(ln b, 0)，線上四點為實際測量點。9． 在電極間加上直流電壓時所形成的電場是不隨時間變化的，是穩定的。如果在電極間加交流電壓，電場將隨時間而變，場面穩定。但考慮到直電極間加上不同值的直流電壓時，場中相對的電勢值一定的等勢線或面的幾何形狀和位置都不變。既接交流電壓時，可看作在電極上塊速變換不同值的直流電壓（包括極性）。因此，在交流電場中測定的相對電勢線和直流電場中測定的同值相對電勢等勢線，其開頭和位置都完全相同。但必須指出這裡的完全相同是有條件的。我們所選的交流電的頻率不能高，否則會出現電極間點電勢不是目前增減的效應。我們選用的是50HZ的交流電，場中的電極和不良條件互相楊成電容的影響可以忽略不計。完全符合條件。【實驗隨即提問】1.提問：本實驗對靜電場的測繪採用的是什麼方法？為什麼要用此方法？回答：採用的是模擬法測繪靜電場。因為直接測量靜電場的分佈，需用探針對空間各點逐點進行測量。當把探針放入靜電場後，由於靜電感應，探針上會產生感應電荷，則會改變原電極的電荷分佈，從而引起原電場的畸變。顯然直接測量不可行，所以採用模擬法來進行測繪。2.提問：模擬法分為哪兩種模擬，其應用的條件是什麼？本實驗採用的是哪一種模擬？回答：模擬法分為物理模擬和數學模擬。物理模擬的應用條件為物理相似和幾何相似，即模型和原型都遵從同樣的物理規律；模型的幾何尺寸與原型的幾何尺寸成比例的放大或縮小。數學模擬應用的條件為模型與原型在物理實質上可以完全不同，但它們都遵從相同的數學規律，即滿足相似的數學方程，還要帶電體（即電極）的形狀和大小，它們之間的相對位置以及邊界條件一樣。用恆定電流場模擬靜電場採用的是數學模擬。3.提問：為什麼不良導體內的電場分佈與真空中的靜電場分佈相同？回答：因為在不良導體內沒有電流透過時，其中任一宏觀體積元中的正負電荷數量相等，沒有淨電荷，呈電中性。當有直流電流透過時，單位時間內流出體積元的電荷被流入的同號電荷所代替，體積元內正負電荷數量還是相等，因而整個體積內呈電中性。換言之，真空中的靜電場是由電極上的電荷產生的，而在有恆定電流透過的不良導體中，電場也是由電極上的電荷產生的。不同的是靜電場中電極上的電荷靜止不動，而恆流場中電極上的電荷一邊流失，一邊由電源隨時補充，在動態平衡狀態下保持電荷的數量不變。所以，兩種狀況下電場的分佈是相同的。4.提問：用恆定電流場模擬靜電場的實驗條件是什麼？回答：實驗條件首先要求不良導體在兩極間區域內其電導率是常數，並保持其厚度不變；其次要求測量電勢的儀表中基本上無電流透過。從本質上講就是要保證測量時，恆定電流場的電位分佈在極間區域內和邊界上不會因測量操作而發生改變。5.提問：實驗中如何做測量點？回答：⑴ 同軸柱形電極沿半徑做測量點。首先沿與實驗者垂直的兩個半徑做測量點，沿半徑由高電勢向低電勢（由中心電極向外電極）依次做四個測量點；再反方向沿另一個半徑線做四個測量點；其次沿水平方向的兩個半徑做測量點，最後再做左斜和右斜的四個半徑線，其佈局如同一個“米”形。這樣做測量點的優點在於不會遺漏測量點，同時也可使同一條等勢線上的測量點均勻分佈。做完所有等勢線上測量點後，還需沿外電極外沿做三個測量點，以確定電極的圓心。⑵ 平行板電極沿等勢線做測量點，由高電勢向低電勢依次做出等勢線。沿等勢線做測量點時，不可只侷限於電極兩端之間的區域內，一定要向外延伸擴充套件。因為實驗中的平行板電極是有限長的，在電極兩端電場存在邊緣效應，所以，在測量中沿等勢線先在中間做四個測量點，其次在電極兩端各做一個測量點，然後向兩端外延約1釐米再各做一個測量點，最後，再沿兩個電極板的四個角各做一個測量點，確定電極的位置。6.提問：如何繪製電場分佈圖？回答：⑴ 同軸柱形電極：首先根據外電極外沿的三個測量點，用幾何作圖法確定圓心，由測出的半徑a、b，畫出完整的同軸柱形電極。由公式算出各等勢線的理論半徑值，按理論半徑值畫出等勢線。用同一種符號標出同一等勢線上的八個測量點，並註明等勢線的量值。再依據電場線與等勢線處處正交的特性，畫出電場線，標出其方向（由公式E=-dU/dr知，電場的方向是由高電勢指向低電勢）。因為在靜電平衡狀態下，導體內部電場為零，電荷分佈於導體表面。所以電場線始於中心電極的外表面，終止於外電極的內表面。最後寫出圖名（同軸柱形電極電場分佈圖）。⑵ 平行板電極根據確定電極位置的測量點畫出兩電極板，分別用光滑曲線連線同一電勢的八個測量點，畫出等勢線，用同一種符號將測量點標出，並註明等勢線量值。與同軸電極一樣，畫出電場線及其方向。在畫電場線時，要特別注意靠近極板兩端電場的邊緣效應。寫出圖名（平行板電極電場分佈圖）。7.提問：如何為什麼對柱形電極要用單對數座標紙作圖？怎樣用單對數座標紙作圖？回答：由極間電勢的公式 知， 僅僅只是座標r的函式，所以用單對數座標紙可以表現出 與r的線性關係，且作圖比較便捷。單對數座標紙（又稱半對數座標紙）在製作時已將某個軸向取好對數，從座標紙上看刻度值，一個軸向是均勻分佈，而另一個軸向則是對數分佈。在做同軸柱形電極“ ～ 理論曲線”圖時，在座標紙上以均勻分佈刻度為縱軸取名 ，以對數分佈刻度為橫軸取名r（cm），以點(lna,1)和點(lnb,0)為端點，畫出理論直線。然後，分別量出各等勢線上八個測量點的實際半徑記錄於資料表中，並算出各等勢線實際平均半徑值，在座標紙上描出平均值點，觀察其是否落在理論直線上。 8.提問：能否模擬平行軸電線或帶有等量異號電荷的平行長直圓柱體的電場？為什麼?回答：能。由電磁學理論可知電解質（或水液）中穩恆電流的電流場與電介質（或真空）中的靜電場具有相似性。在電流場的無源區域中，電流密度向量和靜電場中的電場強度向量所遵從的物理規律具有相同的數學形式，所以這兩種場具有相似性。在相似的場源分佈和相似的邊界條件下，它們的解的表示式具有相同的數學模型。如果把連線電源的兩個電極放在不良導體如稀薄溶液（或水液）中，在溶液中將產生電流場。電流場中有許多電位彼此相等的點，測出這些電位相等的點，描繪成面就是等位面。這些面也是靜電場中的等位面。通常電場分佈是在三維空間中，但在水液中進行模擬實驗時，測出的電場是在一個水平面內的分佈。這樣等位面就變成了等位線，根據電力線與等位線正交的關係，即可畫出電力線。這些電力線上每一點切線方向就是該點電場強度的方向。這就可以用等位線和電力線形象地表示靜電場的分佈了。9. 提問：請給出模擬平面板與其中垂面上長直帶電圓柱體的電場的主要步驟？回答：(1).按線路圖連線線路。(2).用水準儀調平水槽架底座。在水槽內注入一定量的水，在水槽架上層壓好白紙，用於記錄測繪點；接通電源，電壓調至10V，其值由數字電壓表置“輸出”時讀出，探針置於水槽外。(3).將探針與內電極緊密接觸，電壓顯示為10V，其值由數字電壓表置“檢測”時讀出。若電壓顯示為0V，則改變電源電壓輸出極性。(4).讓探針在兩極間慢慢移動，依次測出電壓分別為7.5V、5.0V、2.5V的等勢線，每一個等勢線8個測量點。(5).用探針沿帶電圓柱體電極外側取三個記錄點，用探針沿帶電平面板電極外側取四個記錄點，用於確定電極的圓心和電極的厚度。(6). 在測量紙上用不同符號標註出各等勢線上的測量點和等勢線數值，畫出電極，繪出實驗等勢線和電場線。