实验十用描迹法画出电场中平面上的等势线.ppt

实验十 用描迹法画出电场中平面上的等势线,【实验目的】 用描迹法画出电场中一个平面上的等势线. 【实验原理】 用导电纸上形成的稳恒电流场来模拟静电场，当两探针 与导电纸上电势相等的两点接触时，与探针相连的灵敏 电流表中通过的电流为零，指针不偏转，从而可以利用 灵敏电流表找出导电纸上的等势点，并依据等势点描绘 出等势线.,要点归纳,【实验器材】 木板、白纸、复写纸、导电纸、圆柱形电极、导线、电 池、电键、探针、灵敏电流表.,【实验步骤】 1.安装 (1)在平整的塑料板（或木板）上依次使白纸、复写 纸、导电纸（将导电面朝上）穿过螺杆铺放，将两个圆柱形铜电极A、B分别套在螺杆上，并用螺母拧紧（保证与导电纸接触完好）. (2)两个圆柱形铜电极A、B相距约为10 cm，将电极A、 B分别与6 V的直流电源的正、负极相连接，如图1甲所示.,图1 (3)将两根探针分别接到电流计的“+”“-”接线柱上. 2.选基准点 在导电纸上画两个电极的连线AB，在连线上取大致等距的五个点作基准点a、b、c、d、e,并用探针把它们的位置复印在白纸上.,3.探测等势点 (1)接通电源，将探针接触电极A，另一探针接触导电纸（注意跨度要小，保证电流表示数不要太大），判断出指针偏转方向与电流方向的关系. (2)将左手探针跟AB连线上某一基准点相接触，然后在导电纸平面AB连线旁距此基准点约1 cm处轻轻移动右手探针，直到电流表指针不再发生偏转，用探针把这一点位置复印在白纸上. (3)按步骤（2）的方法在这个基准点两侧逐步由近及远地探测得到48个等势点.,(4)按同样的方法，找出其余四个基准点的48个等势点，断开电源. 4.画等势线 取出白纸，根据五个基准点的等势点画出五条平滑的曲线，如图乙.,【注意事项】 1.使用的灵敏电流表，应选择零刻度在正中间的那种. 2.安放导电纸，导电面应朝上，且电极与导电纸的相对 位置不能改变.,3.寻找等电势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可大跨度地移动，以免电势差过大. 4.探测等势点不要靠近导电纸的边缘，因为导电纸边缘处的等势线会变形. 【误差分析】 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.,典例剖析,【例1】 在用电流场模拟静电场描绘电场等势线的实验中，在下列所给出的器材中，应该选用的是 （用器 材前的字母表示）. A.6 V的交流电源 B.6 V的直流电源 C.100 V的直流电源 D.量程00.5 V，零刻度在刻度盘中央的电压表 E.量程0300 A,零刻度在刻度盘中央的电流表,在实验过程中，要把复写纸、导电纸、白纸铺放在木 板上，它们的顺序（自上而下）是 _ . 在实验中，按下电键，接通电路.若一个探针与基准点O接触，另一探针已分别在基准点O的两侧找到了实验所需要的两点a、b（如图2所示），则当此探针与a点接触时，电表的指针应 （填“左偏”、“指零”或“右偏”）；当此探针与b点接触时，电表的指针应 （填“左偏”、“指零”或“右偏”）.,图2 解析 根据实验要求，以两电极间一系列等距点为基准点，然后探测平面内和基准点电势相等的点，它们组成 的平滑曲线就是等势线.所以，只有选择量程较小的电流表，才能够提高测量的精确度，为减小误差，电流表应 该选择E；本实验是用恒定的电流场来模拟等量异号电荷的静电场，所以电源应该选B；根据实验原理，可分析复写纸、导电纸、白纸的铺放顺序，注意这里要求的是自上而下. 答案 BE 导电纸 复写纸 白纸 指零 指零,【例2】 在“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的实验中，采用的装置如图3甲所示.在平整的木板上，由下而上依次铺放白纸、复写纸和导电纸，A、B为两个电极，分别接在路端电压为6 V的电源两端.A接电源正极，B接电源负极，在AB两点的连线上，有a、b、c、d、e五个等间距的点. 图3,(1)五个基准点中，电势最低的点是： . (2)若用图3乙中的灵敏电流表的两个接线柱引出的两个表笔（探针）分别接触图甲中的d、f两点（d、f连线和 A、B相连垂直）时，指针向左偏（若电流从红表笔流进时，指针向右偏），则电流表的红表笔接触在_ 点； (3)若用图乙中的灵敏电流表的两个表笔（探针）分别接触图甲中的a、g两点（a、g连线和A、B连线垂直）时，发现电流表指针偏离刻度盘中央位置.为使指针仍指在刻度盘中央（即不发生偏转），应将接g的表笔向 （填“左”或“右”）移动.,解析 (1)电路中，电源正极电势最高，负极电势最低，因而基准点中e点电势最低. (2)由题意知电流表是红进右偏，黑进左偏，由电路分析知 今指针左偏，说明电流是黑进，即黑笔处电势高，红笔处电势低，红笔接在d点. (3)据电路电势分布： , ，接g的表笔应向左移动. 答案 (1)e (2)d (3)左,创新实验 【例3】 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分布情况. 木板N，白纸、复写纸、导电纸各一张，电动势为12 V、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06 V、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 (1)图4中已画出实验原理图的部分连线，请画出其余连线，使之能达到实验目的. (2)若实验装置安装正确，进行了正确的连线，并已按实验要求调节好A1（或A2）与B间的电压.画一线段连接A1、A2两极，在此线段上选三个基点a、b、c，且有A1a=ab=bc=cA2.Mb是A1A2的中垂线，d是Mb上的一点.下列说法中正确的是 （ ）,A.在S闭合前，滑动变阻器的滑动触头应移至D端 B.若将探针P按接在a点，电压表示数为U，当把P移至e 点按接，电压表示数也为U，则a、e两点是等势点 C.若将探针P按接在b点，电压表示数为U，当把P移至d 点按接，因b、d两点是等势点，所以电压表示数也为U D.若将探针P按接在a点，电压表示数为U，当把P移至c 点按接，电压表示数一定为U,解析 (1)描绘两个等量同种点电荷形成的电场中等势线的分布情况，用作电极的金属小圆柱（带用接线柱）A1、A2应连接在一起与滑动变阻器的滑动触头相接.滑动变阻器的D端、电压表的负接线柱与电源负极相接. (2)若将探针P按接在b点，电压表示数为U，当把P移至d点按接，因b点电势高于d点电势，所以电压表示数应小于U，C错误. 答案 (1)如下图 (2)ABD,素能提升,1.在等势线的描绘实验中，如果将电源电压降低一些，则以下判断正确的是 ( ) A.描绘出的等势线形状与原来相同 B.描绘出的等势线形状与原来不同 C.基准点之间电势差比原来小一些 D.基准点之间电势差比原来大一些 解析 电源电压对等势线的形状并没有影响；如果电源电压降低了，两个电极间的电势差随之降低，基准点之间的电势差当然随之减小.,AC,2.在“用描迹法画出电场中平面上的 等势线”的实验中，先在平板上依 次铺好白纸、复写纸和导电纸，将 电源、开关和电极A、B按图5所示 连接好.将灵敏电流计的两个接线 柱分别和两个探针相连接，并判断 出灵敏电流计的指针偏转方向与电流方向间的关系是：当电流由正接线柱流入灵敏电流计时，灵敏电流计的指针向右偏转.在电极A、B的连线上等距离地取a、b、c、d、e等5个基准点，闭合开头S后，用一个探针接触某一基准点，另一探针在导电纸上缓慢移动，直到电流计示数为零，则此时另一探针所在位置与基准点等电势.由此可以找到一系列的等势点，进而描绘出过该基准点的等势线.,图5,(1)若在图中连接灵敏电流计正接线柱的探针接触a点，连接灵敏电流计负接线柱的探针接触b点时，灵敏电流计的指针向左偏转，则可以判断出电极A接在电源的_ 极上（选填“正”或“负”）. (2)若灵敏电流计的两个探针分别接触a点和b点，灵敏电流计的示数为I1；若灵敏电流计的两个探针分别接触b点和c点，灵敏电流计的示数为I2.则I1和I2相比较，有I1 I2(选填“大于”、“小于”或“等于”). (3)若在实验中连接好电路，用一个探针接触某一基准点，在导电纸上移动另一探针时发现电流计示数总是零，若灵敏电流计及其与探针的连接都是完好的，用多用电表检查A、B电极间的电压也正常，那么故障出现的原因可能是 .,解析 (1)由灵敏电流计的指针向左偏转可知电流由负接线柱流入电流计，电极A接在电源的负极上； (2)由等量异号电荷电场线图可知ab之间的电场线比bc之间的电场线密，ab之间的电势差大于bc之间的电势差，所以I1大于I2; (3)若发现电流计示数总是零，说明A、B电极之间没有形成电流场，原因是导电纸放反了或电极与导电纸之间接触不好. 答案 (1)负 (2)大于 (3)导电纸放反了，电极与导电纸之间接触不好（只要给出一条合理的原因即可）.,3.图6中给的器材为： 电源E（电动势为12 V，内阻不 计），木板N（板上从下往上依 次叠放白纸、复写纸、导电纸各 一张），两个金属条A、B（平行 放置在导电纸上，与导电纸接触良好，用作电极），滑动变阻器R（其总阻值小于两平行电极间导电纸的电阻），直流电压表V（量程为6 V，内阻很大，其负接线柱与B极相连，正接线柱与探针P相连），开关S. 现要用图中仪器描绘两平行金属条AB间电场中的等势线，AB间的电压要求取为6 V.,图6,(1)在图6中连线，画成实验电路原理图; （）下面是主要的实验操作步骤，将所缺的内容填写在横线上方. a.接好实验电路. b. . c.合上S，并将探针P与A相接触. d. . e.用探针压印的方法把A、B的位置标记在白纸上.画一线段连接AB两极，在连线上选取间距大致相等的5个点作为基准点，用探针把它们的位置压印在白纸上.,f.将探针与某一基准点相接触，这一点是此基准