第3章基础实验:79.3.8旋光现象及应用【引言】旋光效应是指一束线偏振光在介质中传播时振动面发生旋转的现象，它由法国物理学家阿喇果（Arago）在1811年发现，当时的传播介质为石英晶体.1815年，法国物理学家毕奥（Biot）在酒石酸中也发现相同的现象.旋光仪是测定物质旋光度的仪器，通过对样品旋光度的测定，可以分析和检测样品的浓度、含量和纯度等.物质的旋光测定已广泛应用于制糖、制药、食品、香料、化工、石油等工业生产、科研和教学部门、【实验目的】1.观察了解线偏振光通过旋光物质的旋光现象，2.了解旋光仪的结构、工作原理及其使用方法3.学会用旋光仪测糖溶液的旋光率和浓度【实验原理】1.旋光现象和旋光性物质偏振光通过某些透明物质时，其振动面以光的传播方向为轴线而旋转一定角度的现象被称为旋光现象.凡能使线偏振光通过后将其振动面旋转一定角度的物质称作旋光性物质，有些晶体，例如石英，沿其光轴方向会产生旋光现象.这种旋光性决定于晶体的结晶构造，所以，当晶形消失后（如石英熔融后），旋光性也就消失.许多有机化合物，如石油、葡萄糖、蔗糖等，由于其分子结构中所含的不对称碳原子，也具有旋光性，这些有机化合物的各种物态都存在旋光性，其溶液很容易观察到旋光现象按偏振光通过旋光性物质时其振动面旋转方向的不同，可以将旋光性物质分为两类：观察者迎着光线观察，若振动面逆时针方向旋转，则其旋光性为左旋，相应物质称为左旋物质；若偏振光的振动面顺时针方向旋转，则其旋光性为右旋，该类旋光性物质被称作右旋物质2.旋光度、旋光率实验证明，入射偏振光的振动面旋转的角度与该光的波长及旋光物质的性质和厚度有关，所旋转的角度被称作旋光度，其大小可用下式表示：9=ad,(3-8-1)式中，d为物质的厚度；α称为旋光率，与物质的性质及人射光波长有关，对于旋光性溶液，如蔗糖、葡萄糖、松节油等有机化合物的溶液，旋光度（单位为度）可由下式表示：(3-8-2)9=aCL，式中，C为溶液的浓度，单位为g/cm；L为溶液的长度，单位为dm；α为该溶液的旋光率，单位为()cm/(dm·g)旋光率在数值上等于偏振光通过单位长度（1dm）单位浓度（1g/cm"）的溶液后引起振动面旋转的角度，实验表明，同一旋光物质对不同波长的光有不同旋光率；在一定温度下，物质的旋光率与入射光波长入的平方成反比：αc1/入.由此式可看出，旋光率随波长的减小而迅速增大.例如，红光、钠黄光、紫光通过1mm厚的石英片时，其振动面被旋转的角度分别为15.0°，21.7°
3灡8 旋光现象及应用 暰引言暱 旋光效应是指一束线偏振光在介质中传播时振动面发生旋转的现象,它由法国物理学家 阿喇果(Arago)在1811 年发现,当时的传播介质为石英晶体.1815 年,法国物理学家毕奥 (Biot)在酒石酸中也发现相同的现象.旋光仪是测定物质旋光度的仪器,通过对样品旋光度的 测定,可以分析和检测样品的浓度、含量和纯度等.物质的旋光测定已广泛应用于制糖、制药、 食品、香料、化工、石油等工业生产、科研和教学部门. 暰实验目的暱 1.观察了解线偏振光通过旋光物质的旋光现象. 2.了解旋光仪的结构、工作原理及其使用方法. 3.学会用旋光仪测糖溶液的旋光率和浓度. 暰实验原理暱 1.旋光现象和旋光性物质 偏振光通过某些透明物质时,其振动面以光的传播方向为轴线而旋转一定角度的现象被 称为旋光现象.凡能使线偏振光通过后将其振动面旋转一定角度的物质称作旋光性物质.有些 晶体,例如石英,沿其光轴方向会产生旋光现象.这种旋光性决定于晶体的结晶构造,所以,当 晶形消失后(如石英熔融后),旋光性也就消失.许多有机化合物,如石油、葡萄糖、蔗糖等,由于 其分子结构中所含的不对称碳原子,也具有旋光性,这些有机化合物的各种物态都存在旋光 性,其溶液很容易观察到旋光现象. 按偏振光通过旋光性物质时其振动面旋转方向的不同,可以将旋光性物质分为两类:观察 者迎着光线观察,若振动面逆时针方向旋转,则其旋光性为左旋,相应物质称为左旋物质;若偏 振光的振动面顺时针方向旋转,则其旋光性为右旋,该类旋光性物质被称作右旋物质. 2.旋光度、旋光率 实验证明,入射偏振光的振动面旋转的角度与该光的波长及旋光物质的性质和厚度有关. 所旋转的角度被称作旋光度,其大小可用下式表示: 氄=毩d, (3灢8灢1) 式中,d为物质的厚度;毩称为旋光率,与物质的性质及入射光波长有关. 对于旋光性溶液,如蔗糖、葡萄糖、松节油等有机化合物的溶液,旋光度氄(单位为度)可由 下式表示: 氄=毩CL, (3灢8灢2) 式中,C 为溶液的浓度,单位为g/cm3;L 为溶液的长度,单位为dm;毩为该溶液的旋光率,单位 为(曘)cm3/(dm·g). 旋光率在数值上等于偏振光通过单位长度(1dm)单位浓度(1g/cm3)的溶液后引起振动 面旋转的角度. 实验表明,同一旋光物质对不同波长的光有不同旋光率;在一定温度下,物质的旋光率与 入射光波长毸的平方成反比:毩曍1/毸2.由此式可看出,旋光率随波长的减小而迅速增大.例如, 红光、钠黄光、紫光通过1 mm 厚的石英片时,其振动面被旋转的角度分别为15灡0曘,21灡7曘, 第3章 基础实验 ·79·
大学物理实验:80:51.0°，这种现象称全旋光色散.由于存在旋光色散，通常统一采用钠黄光（入=5893A）来测定旋光率，3.旋光度的测量偏振光通过旋光性溶液后振动面被旋转的角度（旋光度）可按如下原理测量如图3-8-1所示，由单色光源发出的光经起偏器起偏后成为线偏振光，当把起偏器和检偏器的偏振化方向调到正交时，经过起偏器后的线偏振光不能通过检偏器，这时在检偏器后观察到的视场最暗.若在正交的起、检偏器之间置人待测溶液的测试管，使线偏振光的振动面发生旋转，按照马吕斯定律，将有部分光线通过检偏器而使视场变亮.再转动检偏器，可使视场重新变暗.此时检偏器转过的角度就是单色偏振光的振动面通过旋光性溶液时被旋转的角度，因为人眼难以精确判断视场明暗的微小变化，故精确的测量多采用半荫法，该方法不需判断视场是否最暗，只需比较视场中两相邻区域的亮度是否相等，而人眼的后一种能力比前一种能力强得多，因此测量的精度大为提高半波片TTTT起偏券6图3-8-1测旋光度原理图图3-8-2半波片的安装方式专门用来测旋光度的仪器一一旋光仪，就是采用半荫结构.其主要特点是在起偏器后加了一块特制的双折射晶片一一半波片.此半波片与起偏器的一部分在视场中是重叠的，将视场分为3个区域，称作3分视场，如图3-8-2所示.在半波片旁装有玻璃片，以补偿半波片产生的光强变化，使通过α、b区域射到检偏器的光亮度相同.这样由单色光源发出的光经起偏器后成为线偏振光.其中一部分光通过玻璃（α区域）后到达检偏器，振动方向不变，设此振动方向为OA.另一部分光要通过半波片（6区域）后才能到达检偏器，这部分线偏振光在通过半波片后振动方向被旋转了一个角度，设其振动方向为OA.当半波片的光轴与起偏器偏振化方向夹角为6时（0通常仅几度），该旋转角度为26，即OA和OA的夹角为2.从检偏器后的目镜中观察，两部分视场通常有明暗区别.旋转检偏器，使其偏振化方向NN改变，视场中a，6区域的明暗随之交替改变.有4种典型的情况如图3-8-3所示，图中画了a，b区域偏振光经过检偏器后其NN方向的分量相应变化的情况.图中A，A表示OA，OA在NN方向的分量，其大小可反映检偏器后的视场中α，6区域的明暗程度，（1)Av>A，在检偏器后的视场中，半波片所在的b区域为暗区，而a区为亮区，当NN上OA时，b区最暗，a，b区域的明暗反差较大(2)Av=A=OAsin，此时视场中，a，b两区域的亮度相同，区域的边界线消失，使整个视场明暗一致，并且较暗，该视场称为零度视场，（3)An<Av，视场中半波片所在的b区为亮区，而a区为暗区.当NN工OA时.a区最暗，b，a两区的明暗反差最大(4)Av=Av=QAcos6，视场中a，b区域的亮度相等，a,b区域的边界线消失，整个视场较亮
51灡0曘,这种现象称全旋光色散.由于存在旋光色散,通常统一采用钠黄光(毸=5893晎A)来测定 旋光率. 3.旋光度的测量 偏振光通过旋光性溶液后振动面被旋转的角度氄(旋光度)可按如下原理测量. 如图3灢8灢1所示,由单色光源发出的光经起偏器起偏后成为线偏振光,当把起偏器和检偏 器的偏振化方向调到正交时,经过起偏器后的线偏振光不能通过检偏器,这时在检偏器后观察 到的视场最暗.若在正交的起、检偏器之间置入待测溶液的测试管,使线偏振光的振动面发生 旋转,按照马吕斯定律,将有部分光线通过检偏器而使视场变亮.再转动检偏器,可使视场重新 变暗.此时检偏器转过的角度就是单色偏振光的振动面通过旋光性溶液时被旋转的角度. 因为人眼难以精确判断视场明暗的微小变化,故精确的测量多采用半荫法.该方法不需判 断视场是否最暗,只需比较视场中两相邻区域的亮度是否相等,而人眼的后一种能力比前一种 能力强得多,因此测量的精度大为提高. 图3灢8灢1 测旋光度原理图 图3灢8灢2 半波片的安装方式 专门用来测旋光度的仪器 ——— 旋光仪,就是采用半荫结构.其主要特点是在起偏器后加 了一块特制的双折射晶片 ——— 半波片.此半波片与起偏器的一部分在视场中是重叠的,将视 场分为3个区域,称作3分视场,如图3灢8灢2所示.在半波片旁装有玻璃片,以补偿半波片产生 的光强变化,使通过a、b区域射到检偏器的光亮度相同.这样由单色光源发出的光经起偏器后 成为线偏振光.其中一部分光通过玻璃(a区域)后到达检偏器,振动方向不变,设此振动方向 为 OA.另一部分光要通过半波片(b区域)后才能到达检偏器,这部分线偏振光在通过半波片 后振动方向被旋转了一个角度,设其振动方向为OA曚.当半波片的光轴与起偏器偏振化方向夹 角为毴时(毴通常仅几度),该旋转角度为2毴,即OA 和OA曚的夹角为2毴.从检偏器后的目镜中观 察,两部分视场通常有明暗区别.旋转检偏器,使其偏振化方向 NN曚 改变,视场中a,b区域的 明暗随之交替改变.有4种典型的情况如图3灢8灢3所示,图中画了a,b区域偏振光经过检偏器 后其NN曚方向的分量相应变化的情况.图中AN ,AN曚表示OA,OA曚在NN曚方向的分量,其大 小可反映检偏器后的视场中a,b区域的明暗程度. (1)AN >AN曚,在检偏器后的视场中,半波片所在的b区域为暗区,而a区为亮区.当 NN曚 曂 OA曚时,b区最暗,a,b区域的明暗反差较大. (2)AN =AN曚=OAsin毴,此时视场中,a,b两区域的亮度相同,区域的边界线消失,使整个 视场明暗一致,并且较暗,该视场称为零度视场. (3)AN <AN曚,视场中半波片所在的b区为亮区,而a区为暗区.当 NN曚曂 OA 时,a区最 暗,b,a两区的明暗反差最大. (4)AN = AN曚= OAcos毴,视场中a,b区域的亮度相等,a,b区域的边界线消失,整个视场 较亮. ·80· 大学物理实验
第3章基础实验81(1)(2)(3)(4)AAA'ANA'42026NN'NANA;AAAOANN"0N图3-8-3车转动检偏器时，目镜中视场的明暗变化图相对来说，人们对于弱光视场亮度的变化比较敏感.图3-8-3（2）所示的位置，视场亮度较弱，人眼的鉴别力强，在此位置上，只要NN稍有偏转，人们感觉两区域之一明显变亮，而另一区域明显变暗.因此，通常选图3-8-3（2）所示的视场作为标准进行调节.将调准后的NN所指的角位置记下，之后，将装有旋光性溶液的试管放进旋光仪中，由起偏器、半波片方向射过来的两束偏振光都通过试管那么它们的振动面会被旋光性溶液旋转相同的角度，并保持两振动面的夹角20不变，此时转动检偏器，使视场仍回到3-8-3（2）所示的状态，则检偏器转过的角度即为被测溶液的旋光度.实际工作中常常通过测旋光性溶液的旋光度来确定该溶液的浓度C.由（3-8-2）式可知，若已知溶液的旋光率α和试管长度L，测出旋光度后，确定浓度C是很容易的【实验仪器】旋光仪一台，长度相同的糖溶液测量管5支（其中4支分别装有已知浓度的糖溶液，一支装有未知浓度的糖溶液）旋光仪的光学系统如图3-8-4所示，半波片4将视场分为3分视场.1一纳光源；2一聚光镜；14一半波片；3一起偏器；5一糖溶液管：6一检偏器：日7一物目镜组：8一游标度盘：日119一检偏器转动手轮02345678图3-8-4旋光仪结构图【实验内容】首先，测出4种浓度为C的糖溶液旋光度，再测出未知浓度的糖溶液旋光度.利用4组C值和零点位置，在坐标纸上作一直线，并在直线上取两点计算出直线的斜率.由（3-8-2）式可知，在坐标系中作出的C-直线斜率为αL，由此可确定物质的旋光率（注意使用
图3灢8灢3 转动检偏器时,目镜中视场的明暗变化图 相对来说,人们对于弱光视场亮度的变化比较敏感.图3灢8灢3(2)所示的位置,视场亮度较 弱,人眼的鉴别力强,在此位置上,只要 NN曚稍有偏转,人们感觉两区域之一明显变亮,而另一 区域明显变暗.因此,通常选图3灢8灢3(2)所示的视场作为标准进行调节.将调准后的 NN曚 所 指的角位置记下,之后,将装有旋光性溶液的试管放进旋光仪中,由起偏器、半波片方向射过来 的两束偏振光都通过试管.那么它们的振动面会被旋光性溶液旋转相同的角度氄,并保持两振 动面的夹角2毴不变,此时转动检偏器,使视场仍回到3灢8灢3(2)所示的状态,则检偏器转过的角 度即为被测溶液的旋光度氄. 实际工作中常常通过测旋光性溶液的旋光度来确定该溶液的浓度C.由(3灢8灢2)式可知, 若已知溶液的旋光率毩和试管长度L,测出旋光度氄 后,确定浓度C 是很容易的. 暰实验仪器暱 旋光仪一台,长度相同的糖溶液测量管5支(其中4支分别装有已知浓度的糖溶液,一支 装有未知浓度的糖溶液). 旋光仪的光学系统如图3灢8灢4所示,半波片4将视场分为3分视场. 图3灢8灢4 旋光仪结构图 1— 钠光源; 2— 聚光镜; 3— 起偏器; 4— 半波片; 5— 糖溶液管; 6— 检偏器; 7— 物目镜组; 8— 游标度盘; 9— 检偏器转动手轮 暰实验内容暱 首先,测出4种浓度为Ci 的糖溶液旋光度氄i,再测出未知浓度的糖溶液旋光度氄x .利用4 组Ci,氄i 值和零点位置,在坐标 纸 上 作 一 直 线,并 在 直 线 上 取 两 点 计 算 出 直 线 的 斜 率.由 (3灢8灢2)式 可知,在坐标系中作出的C 氄直线斜率为毩L,由此可确定物质的旋光率(注意使用 第3章 基础实验 ·81·
82.大学物理实验的单位).在直线上找出与对应的C，此值即为本实验要求测的糖溶液的浓度实验步骤：1.接通电源开关，约5分钟后钠光灯发光正常，就可以开始工作，2.调节旋光仪的目镜，使视场中α，6区域及分界线十分清晰.转动检偏器，观察并熟悉视场明暗变化的规律3.熟悉角游标尺的读数方法，记录最大的仪器误差4.检查仪器零位是否准确，即在仪器未放试管时，将旋光仪调到图3-8-3（2）所示的状态，看到视场两部分亮度均勾时，记下刻度盘上左右两游标窗口上的相应读数，作为零位读数，5.将盛满已知浓度（共4种）或未知浓度（一种）糖溶液的试管依次放入仪器内(1)重调目镜使a，b区域及分界线清晰；（2）再旋转检偏器找到零度视场，即图3-8-3（2）所示视场，从左右窗口记下相应的角度6.由偏振光被旋转的方向确定物质的旋光性（左旋还是右旋）7.利用已知的C，和测出的@作图.确定糖溶液的旋光率8.从所作的图线上查找出待测糖溶液的浓度【数据处理】溶质：葡萄糖（α-D-Glucose）分子式：CHizO。·H,OA，室温t=℃试管长度L=dm，波长=偏振光被旋转的方向表 3-8-1C/(g/cm)序号0零位读数92919a4左右左右左右左右左右左右12340:旋光度=001.利用已知的C，和测出的，以C,为横坐标，用坐标纸作出C.-曲线2.在直线上取两点，计算其斜率，并由此得到糖溶液的旋光率α（不必估计误差）()cm"/(dm.g).旋.3.由偏振光被旋转的方向确定出被测溶液的旋光性为（不必估计误差）.4.由图上查出被测溶液的浓度C=【注意事项】
的单位). 在直线上找出与氄x 对应的Cx,此值即为本实验要求测的糖溶液的浓度. 实验步骤: 1.接通电源开关,约5分钟后钠光灯发光正常,就可以开始工作. 2.调节旋光仪的目镜,使视场中a,b区域及分界线十分清晰.转动检偏器,观察并熟悉视 场明暗变化的规律. 3.熟悉角游标尺的读数方法,记录最大的仪器误差. 4.检查仪器零位是否准确,即在仪器未放试管时,将旋光仪调到图3灢8灢3(2)所示的状态, 看到视场两部分亮度均匀时,记下刻度盘上左右两游标窗口上的相应读数,作为零位读数. 5.将盛满已知浓度(共4种)或未知浓度(一种)糖溶液的试管依次放入仪器内. (1)重调目镜使a,b区域及分界线清晰; (2)再旋转检偏器找到零度视场,即图3灢8灢3(2)所示视场,从左右窗口记下相应的角度. 6.由偏振光被旋转的方向确定物质的旋光性(左旋还是右旋). 7.利用已知的Ci 和测出的氄i 作图.确定糖溶液的旋光率. 8.从所作的图线上查找出待测糖溶液的浓度. 暰数据处理暱 溶质:葡萄糖(毩灢D灢Glucose)分子式:C6H12O6·H2O 试管长度L= dm,波长 = 晎A,室温t= 曟 偏振光被旋转的方向 . 表3灢8灢1 序号 氄 Ci/(g/cm3) 零位读数氄0 氄1 氄2 氄3 氄4 氄x 左 右 左 右 左 右 左 右 左 右 左 右 1 2 3 4 氄焻i 旋光度氄i =氄焻i -氄焻0 1.利用已知的Ci 和测出的氄i,以Ci 为横坐标,用坐标纸作出Ci 氄i 曲线. 2.在直线上取两点,计算其斜率,并由此得到糖溶液的旋光率毩(不必估计误差): 毩= (曘)cm3/(dm·g). 3.由偏振光被旋转的方向确定出被测溶液的旋光性为 旋. 4.由图上查出被测溶液的浓度Cx = (不必估计误差). 暰注意事项暱 ·82· 大学物理实验
第3章基础实验:83.1：如果试管中已有气泡应便气泡处手试管百起处2.试管两端透明窗应擦净才可装人旋光仪，3操作中注意将试管放要，避免将其择碎。4.仪器电源不要反复连续地开关，若钠光灯熄灭，需停几分钟后再开【预习思考题】1.旋光仪的结构有什么特点？图3-8-3中OA，QA，NN'，Av，A各代表什么？2.测量旋光仪的零点位置时，通常选图3-8-3中第几图所对应的位置？为什么？3.作图法处理数据有何优点？有哪些基本要求？【讨论思考题】放置糖溶液试管前后，通过旋光仪目镜所观察到视场为什么在清晰程度上有差别？能否调清晰？【拓展训练】1.测定蔗糖水解反应的速率常数.2.小麦种子中蛋白质淀粉含量测定3.9#模拟静电场【引言】静电场的分布决定于电荷的分布。了解带电体周围静电场分布在科学研究和工程技术中有重要的作用.例如对示波器、显像管、离子加速器等真空物理装置，中心问题是要设计和制造出比较满意的电极系统，使它产生和形成的电场便于电子（离子）束的加速、聚焦、偏转.设计、制造电极系统的工作，必须以研究电极系统和它产生的电场的分布为依据电场可以用电场强度E和电位U的空间分布来描述，由于标量在计算和测量上比失量简单得多，所以常用电位的分布来描绘静电场.由于静电场中没有电荷的移动，直接对静电场进行测量是十分困难的.除静电式仪表之外的大多数仪表，例如有电流才有指示的磁电式仪表，均不能用于静电场的直接测量，而静电式仪表的探针在静电场中会产生感生电荷，便原电场产生畸变，为克服静电场直接测量中的问题，通常采用稳恒电流场模拟静电场的方法，即测量出与静电场对应的稳恒电流场的电位分布，从而确定静电场的电位分布【实验目的】1.掌握模拟法的概念，学习用模拟法描绘静电场的方法，2.通过对静电场分布的研究，加强对电场强度和电位的了解.【实验原理】1.稳恒电流场模拟静电场的理论根据本实验采用均匀导电介质中的稳恒电流场来模拟真空中的静电场，因为它们具有相似性。这两种场可以分别用两组对应的物理量来描述，这两组物理量遵循数学形式上相同的物理规律（参阅表3-9-1）.例如这两种场中都有电位的概念，这两种场都遵守高斯定律和拉普拉斯方程等，它们在边界面上也满足相同类型的边界条件.当电流场中的电极与静电场中的导体有相同的形状和位置，并且有相同的电位差时，如图3-9-1所示，则在导电介质中P点的电势U将和对应静电场P点位置的电势U相同，反过来如果测量出稳恒电流场中P点的电势为U，则
1.如果试管中已有气泡,应使气泡处于试管凸起处. 2.试管两端透明窗应擦净才可装入旋光仪. 3.操作中注意将试管放妥,避免将其摔碎. 4.仪器电源不要反复连续地开关,若钠光灯熄灭,需停几分钟后再开. 暰预习思考题暱 1.旋光仪的结构有什么特点? 图3灢8灢3中 OA,OA曚,NN曚,AN ,AN曚各代表什么? 2.测量旋光仪的零点位置时,通常选图3灢8灢3中第几图所对应的位置? 为什么? 3.作图法处理数据有何优点? 有哪些基本要求? 暰讨论思考题暱 放置糖溶液试管前后,通过旋光仪目镜所观察到视场为什么在清晰程度上有差别? 能否 调清晰? 暰拓展训练暱 1.测定蔗糖水解反应的速率常数. 2.小麦种子中蛋白质淀粉含量测定. 3灡9 模 拟 静 电 场 暰引言暱 静电场的分布决定于电荷的分布.了解带电体周围静电场分布在科学研究和工程技术中 有重要的作用.例如对示波器、显像管、离子加速器等真空物理装置,中心问题是要设计和制造 出比较满意的电极系统,使它产生和形成的电场便于电子(离子)束的加速、聚焦、偏转.设计、 制造电极系统的工作,必须以研究电极系统和它产生的电场的分布为依据. 电场可以用电场强度E 濚 和电位U 的空间分布来描述,由于标量在计算和测量上比矢量简 单得多,所以常用电位的分布来描绘静电场.由于静电场中没有电荷的移动,直接对静电场进 行测量是十分困难的.除静电式仪表之外的大多数仪表,例如有电流才有指示的磁电式仪表, 均不能用于静电场的直接测量.而静电式仪表的探针在静电场中会产生感生电荷,使原电场产 生畸变.为克服静电场直接测量中的问题,通常采用稳恒电流场模拟静电场的方法,即测量出 与静电场对应的稳恒电流场的电位分布,从而确定静电场的电位分布. 暰实验目的暱 1.掌握模拟法的概念,学习用模拟法描绘静电场的方法. 2.通过对静电场分布的研究,加强对电场强度和电位的了解. 暰实验原理暱 1.稳恒电流场模拟静电场的理论根据 本实验采用均匀导电介质中的稳恒电流场来模拟真空中的静电场,因为它们具有相似性. 这两种场可以分别用两组对应的物理量来描述,这两组物理量遵循数学形式上相同的物理规 律(参阅表3灢9灢1).例如这两种场中都有电位的概念,这两种场都遵守高斯定律和拉普拉斯方 程等,它们在边界面上也满足相同类型的边界条件.当电流场中的电极与静电场中的导体有相 同的形状和位置,并且有相同的电位差时,如图3灢9灢1所示,则在导电介质中P曚点的电势U曚将 和对应静电场P 点位置的电势U 相同,反过来如果测量出稳恒电流场中P曚点的电势为U曚,则 第3章 基础实验 ·83·