实验用描迹法画出电场中平面上的等势线Word文档下载推荐.docx

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探针两支；

图钉；

导线若干；

木板。

4、实验步骤

（1）安装器材：

在平整的木板上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张，导电纸有导电物质的一面向上，再用图钉把它们一起固定在木板上（如图1所示），在导电纸上放两个跟它接触良好的圆柱形电极，两极间距离10cm，电压约为6V，再从一个灵敏电流表的两个接线柱引出两个探针。

（2）选基准点：

在导电纸平面两极的连线上，选取间距大致相等的五个点作为基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上。

（3）探测等势点：

将两个探针分别拿在左、右手中，用左手中的探针跟导电纸上的某一基准点接触，然后在导电纸平面两极连线的一侧，距此基准点1cm左右再选一个点，用右手拿着的探针跟导电纸接触，这时一般会看到电流表的指针有偏转，小心移动探针位置，直至找到一点，使电流表的指针没有偏转，说明这个点跟基准点的电势相等，用探针把这个点的位置复印在白纸上，照上述方法，在这个基准点的两则，各探测出五个等势点，每两个等势点大约距1cm，用同样的方法，探测出另外四个基准点的等势点。

5、数据处理

取出白纸，根据五组等势点画出五条平滑的曲线，它们就是实验所需要描绘的等势线。

描绘出的等势线必须是平滑的曲线，不能画成折线

6、注意事项

（1）在木板上铺纸的先后顺序是白纸、复写纸、导电纸，并且导电纸有导电物质的一面（黑色）朝上，且两个电极和几层纸的相对位置不变．

（2）电极与导电纸的接触应该良好，否则会影响实验正常进行．

（3）在探测与某一基准点电势相等的其他各点时，与该基准点相接触的探针要固定不动．

（4）寻找等势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可以大跨度地移动，以免电势差过大，发生电流表过载现象．

（5）绝不允许将两探针分别同时触到电极，以防烧坏电流表；

（6）鉴于导电纸边缘处的等势线会变形，探测等势点不要靠近导电纸的边缘；

（7）描绘的等势线必须是平滑曲线，不应画成折线．

7、误差分析

（1）所使用的电流表的精度是本实验产生误差的主要因素之一，因此，在条件允许的情况下，要尽可能使用精度较高的电流表．

（2）电极与导电纸是否接触良好也是本实验产生误差的因素之一，对此，安装电极时要加以注意，可以在木板上垫几张白纸．

（3）导电纸是否符合要求也是本实验产生误差的主要因素之一．导电纸的电阻率应远大于金属电极的电阻率才能使电极本身成为等势体，导电涂层要均匀，纸上导电性才能一致，否则会使测绘出的等势线产生畸变．

（4）圆柱形电极的大小也会给本实验带来误差．圆柱形电极应选一样大的直径1cm的磨平铜柱两只．

【试题解析】

例1在“电场中等势线描绘”的实验中，每相差一定的电势就画一条等势线，那么这些等势线在空间的分布是（）．

A．以两极连线为轴的轴对称图形

D．以两电极连线的中垂线为轴的轴对称图形

C．以两电极连线的中点为中心的中心对称图形

D．各等势线之间的距离相等

E．距电极越近，等势线越密集

解析等量异种电荷电场的等势线以电荷为参照点非常有规律地排列着．它们是以电极连线的中垂线（可规定为零等势线）为对称轴两边对称的图形，正、负电荷也处于对称位置．这个对称图形的基础必须是相等电势差的等势线，如果不是相差一定的电势差来任意画等势线，则没有上述对称关系．另一种对称是以两电荷的连线为对称轴，上面一半等势线和下面一半等势线相对称，这也是一种轴对称关系．答案为AB．

例2如图2所示为描绘电场中平面上等势线的装置，图中A、C、P、D、B等相邻两点间距相等，其中A、B为金属圆柱．当电流从正接线柱流入电流表G时，其指针向正接线柱一侧偏转。

当探针（I）接在D点，探针（Ⅱ）接在导电纸上某点时，电流表G指针向负接线柱一侧偏转．为了尽快寻得等势点，探针（Ⅱ）应向移动（选填“向左”或“向右”）。

解析如图2所示，电流表指针向负接线柱一侧偏转，说明电流是由负接线柱流入电流表，此时，探针（Ⅱ）与导电纸的触点电势比D点电势高．

观察图2中实验装置知，金属圆柱A、B分别与电源负极、正极相接，在导电纸上自右向左各点电势逐渐降低，要使探针（Ⅱ）寻找到与探针（I）触点D电势相等的点，应将探针（Ⅱ）向左移动．

例3在“描绘电场中平面上等势线”实验中，配备了下列器材，应该选用的是（用器材前的字母表示）

A．电压为6V的交流电源

B．电压为6V的直流电源

C．电压为100V的直流电源

D．量程为0.5V、零刻线在刻度盘中央的电压表

F．量程为300μA、零刻线在刻度盘中央的电流表

解析从安全角度考虑，不能选用C，因为100V电源接在两接线柱上，电流会很大，会烧毁电源、电流表．

从可行角度考虑，不能选用A，本实验是一个研究性模拟实验，因为直接描绘静电场的等势线有很大困难，而恒定电流的电场与静电场相似，所以利用恒定电流电场来模拟静电场．因此两金属电极间应接直流电源，电源应选用B．

在本实验中，选用导电纸电阻率一般都很大，当用电压表测两点间电压时，由于电压表的内阻与被测两点间电阻比较接近，电压表的分流作用不能忽略，这将使导电纸上的电流场发生较大变化．在理想情况下，只有使用内阻很大的电压表（几百千欧以上）时，才能忽略电压表的分流作用．但是，现行中学实验室配备的电压表无法达到理想要求，所以一般不采用电压表D．

从精确角度、从操作方便角度都应选用零刻线在刻度盘中央的电流表F．

【实验拓展】

1．用电压表代替灵敏电流计

例4在用模拟法描绘静电场等势线实验中，能否用电压表代替灵敏电流计

解析在用模拟法描绘静电场等势线实验中，可以用电压表替代灵敏电流表，其依据是将电压表一端接某一电极，另一端接探针，探针与各基准点接触并在附近移动．当探针在基准点时，记下伏特表的示数U，当探针在基准点附近移动到某点时，若电压表的示数也为U，则说明该点的电势与基准点的电势相同．其具体做法是：

如图3所示，

当在两电极间选定a、b、c、d、e五个基准点后，用电压表的负接线端接在跟电源负极相连的B电极，用电压表的正接线端接触某一基准点，测出该基准点与B电极的电压，然后在这个基准点附近移动电压表和正接线端，当电压表的读数与所接触的基准点上的电压相等时，就探测到了一个与该基准点电势相同的点，此实验方法称为电压测量法．

用电压测量法时，为避免因电压表而产生的分流作用，要求它的内阻尽可能地大一些，但量程要小些，因为此实验中，两接线端的指针之间的电压较小

2．研究匀强电场

例5均匀导电纸上放置两平行的长方形银条，如图4（a）所示，两银条上的A0和B0点连接电动势为6V的电池，一理想电压表的负接线柱接A0，正接线柱接一探针P．

（1）当P接于B1时，电压表的读数是多少?

将P沿B1B2移动会观察到什么?

（2）若将探针沿A0B0移动，并将所记录的电压表读数U对探针与A0的距离x轴绘成图线（如图4（b）所示）：

’

①说出沿A0B0上U的变化；

②求点X的电场强度，并说明其方向；

③忽略边际效应，在图4（a）中的两银条间粗略描绘电势递增为1V的等势线．

解析

（1）因本实验中所用的电源为6V，而两银条分别与电源的正负极相连，则当电压表的两探针分别与两银条相连时，其读数应为6V．且当P沿B1B2移动时，电压表读数保持不变；

（2）①当探针P沿A0B0移动时，因0<

x<

lcm间是与负极相连的银条所在位置，此时两电极间的电压U恒为0；

在lcm<

x<

9crn间电压U随x均匀增加，由0增至6V；

而在9crn<

x<

10cm间，因是与电源正极相连的银条所在位置，则电压表两接线端的电压U恒为6V．

②在两极间的电场近似为匀强电场，两极间的电压为U=6V，两极间的距离为d=8cm=8×

10-2m，则两极间的电场（包括X点）的场强E=

=75V/m，方向由B指向A．

③A0B0间的等势线为一组平行于A1A2的直线．极板及相邻等势线间的间距为1.33cm．等势线如图5所示．

3．模拟点电荷形成的电场在平面上的等势线

例6请根据《用描迹法画出电场平面上的等势线》的实验原理，设计出一个描绘点电荷形成的电场在平面上的等势线的实验方案。

解析

根据《用描迹法画出电场平面上的等势线》实验中用电流场来模拟静电场的实验原理，可以用一个圆柱形电极和一个由扁铜条围成的直径为15cm的圆环（如图6（a）），来模拟点电荷在过电荷所在平面上的电场，其原理和操作与《用描迹法画出电场平面上的等势线》基本相同．不过要注意圆柱形电极应位于圆环的圆心，其描绘出的等势线应如图6（b）所示．

【考点训练】

1．在用电流场模拟静电场描绘电场中等势线的实验中，所用的器材除了木板、白纸、复写纸、圆柱形电极、导线、电池、电键外，还必须有、、。

2．做电场中等势线的描绘实验时，下列操作错误的是（）

A．在平板上从下而上依次铺好白纸、复写纸、导电纸，安好电极，接好电路

B．将灵敏电流计的一个探针接在一个电极上，用另一个探针接触导电纸，缓慢移动，可找出许多点，使电流计指针不发生偏转

C．将与基准点等电势的点复印在白纸上

D．将与基准点等电势的点用平滑曲线连接起来即为一条等势线

3．在用描迹法画出电场中平面上的等势线的实验中，若将电源电压提高为原来的2倍，则以下说法正确的是（）

A．描绘得到的等势线形状与原来相同

B．描绘得到的等势线形状与原来不同

C．会增大实验误差

D．基准点应重新选取

4．在“电场中等势线的描绘”实验中，下列措施会影响所描绘等势线的形状的是（）

A．把直流电源的电压变为原来的两倍

B．把直流电源的电压变为原来的一半

C．把圆柱形电极改为长方体形电极

D．把灵敏电流计换成内阻很大的电压表

5．用恒定电流的电场来模拟静电场描绘等势线时，下列哪些情况是能够实现的（）

A．如图7（a）圆柱形电极M、N都接电源的正极，用来模拟等量正点电荷周围的静电场

B．如图7（b）圆柱形电极M接电源正极，圆环形电极N接电源负极，用来模拟正点电荷周围的静电场

C．如图7（c）两个平行的长条形电极M、N分别接电源正、负极，用来模拟平行板电容器间的静电场

D．如图7（d）圆柱形电极M接电源负极，用来模拟负点电荷周围的静电场

6．在“描绘电场等势线的实验”中，在安装、调试、操作均规范的前提下，分别选用电源电压U1=2V、U2=6V接在金属圆极柱上．试分析：

在使用相同电流表的条件下，哪种情形下绘得等势线（限于导电纸中央区域）更准确?

7．在“电场中平面上等势线的描绘”的实验中，提供了下面一些操作步骤：

A．在导电纸上画出两电极的连线；

B．将灵敏电流表的一个探针接在一个电极上，用另一个探针接触导电纸，缓慢移动可划出许多点，使电流计指针不发生偏转，这许多点的连线即为一条等势线；

C．在平板上先铺上白纸，再铺上复写纸，然后铺上导电纸；

D．安装好电极接好电路；

·

E．闭合开关S；

F．在两电极的连线上，等距离取五个基准点，并复印在白纸上；

G．电流表的一个探针接触某个基准点不动，另一个探针缓慢移动到电流表指针不偏转时，复印一个点．这样反复移动，可复印出许多点，连接这些点的平滑曲线即为一条等势线．

（1）在以上提供的步骤中，缺少一个很重要步骤，它是

.。

（2）在以上提供的步骤中，错误的步骤是

（3）将以上正确步骤选出，并按正确的操作顺序将步骤的序号排列

8．在“电场中平面上等势线的描绘”的实验中，为尽量减小实验误差．

（1）若有几只满偏电流不相同的电流表供选用，应选用（）

A．100μAB．0.5mAC．10mA

（2）若有几种输出电压的直流电源供选用，应选用（）

A．1.0VB．6.0VC．12V

（3）若有两种规格的平木板，在两种情形下两个圆柱形电极间距不同，则应选两电极距离稍的平木板（选填“大”、“小”）．

9．在用模拟法描绘静电场等势线实验中，某同学将两平行的长条形电极紧压在导电纸上（导电纸铺在平板上），并分别接在低压恒定直流电源两极，如图8所示．现取一金属圆环，将其压放在两极之间的导电纸上，再在灵敏电流计上正、负极柱上分别连接两探针（I）、（Ⅱ），对环内导电纸上电场进行测试，则：

（1）当两探针（I）、（Ⅱ）与环内导电纸上任意两点相接触时，电流表指针将（选填“左偏”、“指零”、“右偏”）．

（2）当两探针（I）、（Ⅱ）与圆环上任意两点相接触时，电流表指针将（选填“左偏”、“指零”、“右偏’’）．

（3）当两探针（I）、（Ⅱ）分别与环上、环内导电纸相接触时，电流表指针将（选填“左偏”、“指零”、“右偏”）．

综合以上测试，表明。

10．实验室配备有以下实验器材：

A．学生电源；

B．圆柱形金属电极（附有接线柱）；

C．长条形电极；

D．圆环形电极；

E．灵敏电流表；

P．毫安表；

G．白纸、复写纸、导电纸、平木板；

H．导线、开关若干．

现要求用模拟法完成描绘带正电点电荷电场在平面上等势线，试分析：

（1）选用器材有（填选用器材代号）；

（2）安装电极时，应注意：

①，

②。

【答案与提示】

1．导电纸探针电流表

2．B

3．A

4．C

5．BC

6．如图9所示，A、B为两圆柱形电极，设P′、P为导电纸上同一电场线上靠近的两点，P、C为导电纸上同一等势线上两点．

若A、B间电压越小，则P′与P之间电势差越小．当电流表两探针分别触接C、P′时，电流表指针偏转不明显或实验者无法觉察到指针偏转，实验者可能就认为P′与C电势相等，因此出现描绘误差．

若A、B间电压越大，则P′与P之间电势差越大．同理可知，当电流表两探针分别接触P′、C两点时，电流表指针偏转较明显，实验者很容易断定P′与C的电势不相等，他会继续向P′点右方、接近P点的方向寻找与C电势相等的点．因此，在此情况下寻找的等势点、描绘的等势线更准确．

当然，并不是A、B两极间电压越大越好．当两极柱间电压太大时，灵敏电流计的安全得不到保障．

7．

（1）使用灵敏电流计之前，应查明电流表指针偏转方向与通过它的电流方向之间关系，以便使用时能尽快找出等势点；

（2）操作错误的步骤是B．若将电流表的一个探针接在电极上，而另一探针与导电纸接触，而探针间总存在电势差，其指针总会偏转．使用灵敏电流计按B步骤无法准确地找出等势点；

（3）C、D、A、F、E、G．

8．

（1）A（从精确描述的角度选择，应选用精度比较高的电流表．）；

（2）B（从安全角度考虑不宜选用C；

从精确的角度考虑不宜选用A，选用B，既安全又操作可行、误差较小．）；

（3）为减小描绘误差，圆柱形极柱间距稍大为好．

9．

（1）指零，处于静电平衡的导体内部不存在电场，因而各点电势相等；

（2）指零，处于静电平衡的导体环C是等势体；

（3）指零，导体环C压在导电纸上，处于静电平衡，环内和环上各点电势均相等．

10．

（1）A、B、D、E、G、H；

（2）①安装电极时，将圆柱形金属电极压放在导电纸正中央，且圆柱形电极处在圆环形电极的圆心处；

②接电源时应将电源正极与圆柱形电极相接，将电源负极与圆环形电极相接．