高考物理一轮复习实验十用描迹法画出电场中平面上的等势线课件（2）

实验十 用描迹法画出电场中平面上的等势线,本节目录,基础理论储备,经典例题展示,创新实验评析,知能优化演练,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 用平面导电纸上的恒定电流场模拟真空中的静电场当与导电纸接触的两探针尖端的电势差为零时，与探针相连的电流计中电流为零，从而可以通过探针找出电流场中的等势点，并依据等势点描出等势线 实验器材 学生用低压直流电源或电池组(约6 V)、灵敏电流计、开关、导电纸、复写纸、白纸、圆柱形金属电极两个、探针两支、图钉、导线若干、带固定螺杆的平整塑料板,实验步骤 1器材安装 (1)铺“三纸”：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，并用图钉固定 (2)固电极：将两个圆柱形铜电极A、B分别套在螺杆上，并用螺母拧紧(保证与导电纸接触良好)，A、B相距约10 cm. (3)接线路：如图所示 将电极A、B分别与6 V的直流电源 的正、负极相连接 将两根探针分别接到电流计的 “”“”接线柱上,2选取基准点 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.描绘等势点，画出等势线 取出白纸，根据五个基准点的等势点画出五条平滑的曲线，如图所示,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,要尽可能使用精确度较高的电流表. 2电极与导电纸是否接触良好也是本实验产生误差的主要因素之一，对此，安装电极时要加以注意，可以在木板上垫3张5张白纸 3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为1 cm的磨平铜柱 4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),注意事项 1灵敏电流表必须选零刻度在中央的(对双量程灵敏电流表应选较小的量程)，电源必须是直流稳压电源，电压为6 V. 2电流表允许通过的电流是很小的,一般不超过几百微安，实验时若指针偏转超过满刻度,应立即断开，以防损坏电流表. 3电流表不要直接接在电源上，以防偶然出现的大电流烧坏电流表 4几种纸的顺序：自下而上是白纸、复写纸、导电纸，其中导电纸有导电物质的一面要向上,5两圆柱形金属电极要与导电纸良好接触，且不能太靠近导电纸边缘 6寻找等势点的方法：应从基准点附近由近及远逐渐推移，不能大幅度移动 7导电纸上的导电物质很薄，寻找等势点时，不要用探针在导电纸上划动，要用点接触法 8描绘等势线时要用平滑曲线将各等势点连接起来，不能画成折线,拓展创新 本实验中可用电压表代替灵敏电流计 1实验原理、步骤相当，只是第三步“探测等势点”作调整. 2第三步“探测等势点”调整为： (1)将电压表负极接负极柱电极B，电压表正极接一探针 (2)先测某基准点电压，然后在基准点左右两侧找使电压表读数相同的点，该点即为等势点 (3)依次变换基准点，找到相应的等势点,3电压表法与灵敏电流表法相比，有以下优劣： (1)电压即电势差，用电压表法更便于理解接受，同时也易于寻找等势点(更直观) (2)电表的安全性更有保证，操作起来更方便、放心(因电压表内阻很大) (3)只是电压表法测出的误差大，不及灵敏电流表准确,考点1 对实验器材及实验原理的考查 如图所示，在“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的实验中，实验室除了给出必要的器材外，又分别给出了以下三种不同规格的电源和电表： A6 V的交流电源 B6 V的直流电源 C100 V的直流电源 D100 A的电流表 E0.5 mA的电流表 F10 mA的电流表,(1)在实验中应选用的电源是_，测量时两个探针所接的电表应选用_(写电源或电表前的字母) (2)实验时需在木板上自下而上依次铺放_纸、_纸和_纸 (3)在两接线柱A、B连线上等距离找出5个基准点a、b、c、d、e，电流表G的一根探针接触c点，另一探针接触f点，为找到与c点电势相等的点，接触f点的探针应向_移(选填“左”或“右”) (4)若将电源电压提高为原来的2倍，重复以上操作，测量并画出等势线，你认为该等势线与原等势线的形状_(选填“相同”或“不同”)，该等势线与原等势线图中c、d两点间的电势差_(选填“相等”或“不等”),【解析】 (1)因本实验用恒定电流场模拟电场，所以电源要用直流，选B；而电流较小，所以电流表选用D. (2)导电纸必须在最上面 (3)c的等势线为过A、B连线的中垂线 (4)电源电压变高，相同距离电势差变大 易错点为电流表选错；三张纸放反；接触f点的探针向什么地方移动是本题对书本实验的改造 【答案】 (1)B D (2)白 复写 导电 (3)左 (4)相同 不等,考点2 描绘电场中等势线的其他方法 在“用DIS描绘电场的等势线”实验中，按图所示连接电路在电极A、B的连线上等距离地取a、b、c、d、e 5个基 准点将电压传感器的两个接线柱分别和两个探针相连接.当正接线柱的电势高于负接线柱时，读数为正,(1)若在图中连接电压传感器正接线柱的探针接触a点，连接负接线柱的探针接触b点时，读数为负，则可以判断电极A接在电源的_极上(选填“正”或“负”) (2)若连接电压传感器的正负两个接线柱的探针分别接触A点和B点时示数为U1；分别接触b点和c点时示数为U2，则有|U1|_|U2|(选填“大于”、“小于”或“等于”) (3)对于该实验的认识与判断，下列说法正确的是( ) A电压传感器示数为零时表明所测两点电势相等 B如果将一根探针接触连线中点，另一探针从一个电极沿连线逐渐移动到另一电极，电压传感器的读数是逐渐变小的,C在实验过程中电极与导电纸的相对位置不能再改变 D从实验原理来说，如用电流传感器代替电压传感器亦可以描绘出等势线 【解析】 (1)由于正接线柱电势高时，读数为正，因此，正接线柱接触a点，负接线柱接触b点时，若读数为负，说明b点电势高，即电极A接负极 (2)两电极A、B间的电压为导电纸上的总电压，b和c两点间的电压为导电纸上部分电压，故|U1|U2|.,(3)电压传感器示数为零，说明两探针间电压为零，即两探测点等电势，A正确若一探针接触c点，另一探针由一电极向另一电极移动过程，两探针间电势差先变小后变大，电压传感器示数也将先变小后变大，B错为减小误差，电极及导电纸位置不可改变，C正确描迹法模拟描绘等势线，既可用电流传感器也可用电压传感器，D正确 【答案】 (1)负 (2)大于 (3)ACD,【范例】 (2013东城区模拟)图中给出的器材为： 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A、B间电场中的等势线，A、B间的电压要求取为6 V. (1)在图中连线，画成实验电路原理图； (2)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，_，这一点是此基准点的等势点用探针把这一点的位置也压印在白纸上用相同的方法找出此基准点的其他等势点 g重复步骤f，找出其他4个基准点的等势点取出白纸画出各条等势线,【解析】 (1)A、B间电压要求取为6 V，而电源电动势为12 V，所以变阻器必须作分压器，电路连接如图所示 (2)b.把变阻器的滑动触头移到靠近D端处d.调节R，使电压表读数为6 V f记下电压表读数，在导电纸上移动探针，找出电压表读数与所记下的数值相同的另一点 【答案】 见解析 【名师点评】 本题的创新之处是利 用滑动变阻器的分压作用来控制A、B 间的电压，把描绘电场中等势线的实 验与电路的连接结合起来,路漫漫其修道远，吾将上下而求索。