描绘电场中等势面 Microsoft Word 文档.doc

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1、用描迹法画出电场中平面上的等势线实验的改进与创新梧州高级中学物理组苏雁在用描迹法画出电场中平面上的等势线的实验中，关于为什么能用直流电的正负极形成的电流场模拟等量异种电荷的电场，课本并未涉及，因此关于影响该实验的误差分析，学生是一知半解，怎么样才能让学生更好地理解实验原理并更好的减少实验误差，另外，学生的思维如何能更开阔些，如可以向他们提出问题能不能模拟其他的静电场，如点电荷电场，平行板电场等。只有当他们知道模拟的原理他们才会去想到要进行创新和改进实验方案。因此这里有必要提一下模拟静电场的原理。为什么能用直流电源的两个极模拟等量异种电荷形成的电场呢？如图所示

2、，两个圆柱形金属导体与导电纸良好接触，因此这两个极之间是形成回路的。电流方向是由正极A流向负极B，根据对称性原理，凡是离A、B两点距离相等的对称两段距离上的电势降落必然相等。因此这个电流场与等量异种电荷形成的静电场等势面分布具有相似性（注意只是相似）。因此可以用该电场的等势面模拟等量异种电荷的电场的等势面。该实验如何改进呢？应该要从引起误差的原因着手研究。引起本实验误差的原因有如下四点：1．电流表的精度是产生误差的主要因素之一．2．导电纸是否符合要求也是产生误差的因素之一(导电纸的电阻率应远大于金属电极的电阻率，且导电涂层要均匀)．3．电极与导电纸是否接触良

3、好．4．圆柱形电极的大小也会给实验带来误差(一般选直径为1cm的磨平铜柱作电极)．从这几个误差因素入手，电流表应选择量程小的，灵敏度高的。为保证电表能够不烧表，因此这个电路中电流应该要尽量的控制小，这样才能保证某两点间的电压不会太大，因此导电纸的电阻要大，也就是说要选用电阻率大的导电纸。另外根据对称性原理，因为等量异种电荷电场是对称的，因此导电纸的导电涂层必须要均匀，这个是由两个因素决定，厂家生产因素及学生操作不当引起，操作不当如涂层被人为的刮掉，这个只能在实验过程中给予强调，有条件的学校导电纸用两次就换。另外的改进就是两个圆柱形电极的大小也要控制好，尽量不

4、要太大。本实验有没有创新的可能呢？抓住实验原理，从原理出发，是可以有创新的。如能不能模拟点电荷电场呢？能不能模拟平行板电场呢？能不能模拟等量同种电荷电场呢？问题可以抛给学生，培养他们的发散性思维。通过总结可以得出，有些电场是可以模拟的，有些电场则较难模拟。如图所示,两个金属条制成的电极A、B平行放置并用螺栓紧紧地压在导电纸上，与导电纸接触良好。该实验就可以模拟平行板间的电场。电流从A板流向B板，在AB两板间，每经过相等的距离电势降落相等，，因此可以模拟匀强电场。再如图甲所示，利用如图装置可以模拟点电荷电场。可以让学生做这样的一个问题探讨：在“用描迹法画出电场

5、中平面上的等势线”实验中，用在导电纸上形成的电流场模拟静电场描绘一个平面上的等势线．甲同学想模拟带负电的点电荷附近电场在一个平面上的等势线，他在木板上依次铺上白纸、复写纸、导电纸，并用图钉固定，然后在导电纸中央固定一个小圆柱形电极A，如图甲所示． (1)还需要一个什么形状的电极？答：__________.在图甲中画出示意图，并完成电路连接； (2)通电后，要描绘出过C点的等势线，还需要的仪器是__________，操作步骤是__________； (3)描绘出的等势线应是正圆形，而实验中实际得到的图样却出现明显变形，如图乙所示．右边明显偏离圆形而向外凸起，其

6、原因可能是__________(写出一个即可)【答案】 (1)圆形如图所示(2)带两个探针的灵敏电流表用一个探针与导电纸上的C点接触，另一个探针在导电纸上试触，触到某一点时如果电流表指针不偏转，则把这点记录下来，再把记录下来的点连成一条光滑的曲线，即为过C点的等势线 (3)导电纸各处的电阻率不均匀，右边部分的电阻率比其他部分大；或圆形电极不规则，右边部分半径大。通过这道题的设计可以让学生知道怎么样去模拟点电荷电场。能不能模拟等量同种电荷电场呢？怎么模拟？将问题抛给学生让他们有更开阔的思维空间。如用下列器材和仪器可模拟描绘两个等量同种点电荷形成的电场中等势线的

7、分布情况：木板N，白纸、复写纸、导电纸各一张，电动势为12V、内电阻不计的电源E，用作电极的金属小圆柱（带有接线柱）A1、A2，环状金属环B（放置在导电纸上并压紧使之与导电纸接触良好），滑动变阻器R和定值电阻R0各一个，量程为0~6V、内阻很大的直流电压表一块，一支探笔P，开关S和若干导线.将A1、A2和金属环B按如图4所示位置固定在装置上，调节A1（或A2）与B间的电压，图中金属环B的轮廓线与两个等量同种电荷的一个等势面（线）重合.现要描绘B环内两电荷的等势线。图4图4中已画出实验原理图的部分连线，为能达到实验目的，还应画出其余连线。如图5所示，将A1或A

8、2与滑阻连在一起，电压表一端与B相连，另一端与A1或