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时间:2018-12-13
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1、二、电场中平面上等势线的描绘【重要知识提示】1.实验目的和原理(1)实验目的用描迹法画出电场中在平面上的等势线.(2)实验原理由于直接描绘静电场中的等势线非常困难,所以本实验利用恒定电流形成的电场来模拟静电场进行实验,从而研究平面上的电场等势线的分布情况.我们知道,若电流表接人电路无电流通过,则电流表两极接触处电势相等.据此找出电场中的等势点,再把一系列的等势点连成平滑曲线,就描绘出了电场在平面上的等势线.2.实验器材灵敏电流表、金属探针两根,学生用低压电源或电池组,圆柱形电极两个,木板或塑料底板一个,导电纸、复写纸、白纸各一张,导线、开关、图钉等.说明:在本实验中使用的电流表有
2、以下特点:(a)灵敏电流表只能用来检测微弱电流,一般被测电流不能超过几百微安;(b)灵敏电流表的零刻度在刻度盘的中央,将它串联接人电路时,电流既可从正接线柱流人,也可从负接线柱流入.使用前,一般要判断电流表指针偏转方向与通过的电流方向之间关系;(c)灵敏电流表的刻度是均匀的;(d)电流表不要长期连接在电路中,在停止实验时,应随即断开电路,以便保护灵敏电流表.3.实验步骤及安装调试(1)安装:(a)在平整的木板上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张,其中导电纸有导电物质的一面(深色)向上.再用图。钉将它们一起钉在木板上.如图5—12所示;(b)在导电纸上放上两个跟它接触良好的圆柱形电
3、极,两极间距离约为lOcm,与两极柱相连的直流电源电压约为6V.与电源的正极相连的电极A作为正电荷,与电源的负极相连的电极B作为负电荷.(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:(a)从灵敏电流表的两个接线柱引出两个探针;(b)将两探针触接A、B极,观察电流表指针偏转方向,了解其指针偏转方向与通过的电流方向之间关系;(c)将探针(I)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,距此基准点约1cm处再选一点,将探针(Ⅱ)在此点与导电纸接触(一般地电流表指针有偏转),左右移动探针(
4、Ⅱ)在导电纸上的位置,直到找到某一点,使电流表的指针没有偏转为止,说明该点跟基准点的电势相等.用探针(Ⅱ)将此位置复印在白纸上,继续在这个基准点的两侧,各探出五个等势点(每两个相邻的等势点大约相距1cm);(d)用同样的方法,探测出另外四个基准点的等势点.(4)描绘等势线:取出白纸,根据五组等势点画出五条平滑的曲线,它们就是电场在平面上的五条等势线,如图5—13所示.4.注意事项(1)电极与导电纸应有良好的接触,否则会影响实验正常进行.可选用一电压表先接在两极柱上,读出电压表读数,再将电压表接在两电极附近的导电纸上,读出电压表示数.若电压表读数与原来基本相等,则说明电极与导电纸接
5、触良好;若两次读数相差很大,则说明电极与导电纸的接触不良(即在电极与导电纸之间有较大接触电阻),应予以调整.(2)在木板上铺纸的先后顺序是白纸、复写纸、导电纸,且导电纸有导电物质的一面(深色)朝上.(3)使用灵敏电流表之前,应判断其指针偏转方向与通过的电流方向之间的关系,以便尽快探测到等势点.(4)根据等势点描绘等势线时,应该画成平滑曲线,不应该连成折线.(5)导电纸上所涂导电物质相当薄,故在定位时,不要用探针在导电纸上反复划动,应用点触法寻找等势点.【典型范例导析】【例1】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)(BF)A.电压为6
6、V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O.5V、零刻度在刻度盘中央的电压表E.量程为O.6mA的电流表F.量程为300衅、零刻度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
7、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kΩ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度在刻度盘中央的电流表F.点评(1)在研究物理现象、探索物理规律时,某些物理现象难以直接研究,若被研究的现象与我们熟悉的另一种现象有某些相似的特征,则常常可以采用模拟法进行探索.本实验就是利用恒定电流的电流场与静电场在等势
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