电场中平面上等势线的描绘.doc

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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