等势线的描绘

1 实五验实五验 用描迹法画出电场中平面上的等势线用描迹法画出电场中平面上的等势线 一 一 实验目的实验目的 学会用描迹法画出电场中平面上的等 势线 验证电场中各点的电势是顺着电场 线方向逐渐降低的 理解对等势线和电场 线相互垂直 等势线不会相交等性质 二 实验器材二 实验器材 白纸 复写纸 导电纸各一张 图 钉 4 枚 平木板一块和圆柱电极一对 直 流电源 电压约为 6 伏 和电键一个 导 线 5 根 灵敏电流计和探针两根 直尺 或三角板 点拨 导电纸的电阻率应远大于金 属电极的电阻率才能使电极本身成为等势 体 导电涂层要均匀 纸上导电性能才能 一致 否则会使测绘出的等势线产生畸变 点拨 对圆柱电极应一样大 直径 为 1 厘米 2 三 实验原理三 实验原理 用导电纸中的稳恒电流场模拟真空中 的静电场 点拨 本实验是用两个带圆形电极模 拟两等量异种点电荷在平面内的电场 四 实验步骤四 实验步骤 定性描绘平面上的等势线 1 在平板上依次铺上白纸 复写 纸 导电纸 导电膜向上 用图钉把白纸 复写纸和导电纸一起固定在板上 2 用直尺在导电纸中央画一条长 为 10 厘米的线段 在线段两端固定压紧 直径为 1 厘米的圆形电极 将这两电极分 别接在 6 伏直流电源上 如图所示 3 点拨 两电极间为什么要相距 10 厘 米远呢 由实验原理得知 实验时需两极 间有一定的电阻 而导电纸的电阻率是有 限定值 纸的面积一定 若两电极间距离 太小 极间电阻趋于零 或小于灵敏电流 计内阻 当灵敏电流计两个探针接触时就 相当短接了有一定电阻的电流计 造成后 果可能出现灵敏电流计指针不偏转 或偏 转很小 而误认为等势 或者出现因等势 线太密而看不出规律 3 用等分线段法在两电极连线上 选取间距相等的 5 个点作为基准点 并用 探针把所选的点复印在底层的白纸上 点拨 选 5 个基准点主要是为了描绘 对称的清晰等势线 就 3 5 7 个基 准点而言 5 个最适宜 既能发现规律又 省时间 值得注意的是 基准点的间距相 等 相邻两条等势线的电势差不等 匀强 电场例外 4 4 从灵敏电流计的两个接柱引起 两个探针分别与导电纸上任意两个相邻的 基准点接触 观察指针偏转情况 比较各 点的电势高低 找出电势的变化规律 5 用探针 I 与某基准点 E 接触 如图 4 1 所示 另一探针 II 在距基准点 E 约 1 厘米处选一点 将探针 II 左右移动 可发现与这一点接触时电流计的指针不偏 转 即此点与基点等势 用同样的方法探 测出关于基点对称的另外 3 个等势点 即 每个基准点的等势点共 5 7 个 点拨 探测点不要靠近导电纸边缘 否则等势线畸变 6 取出白纸 根据 5 组等势点画 出 5 条平滑曲线即为等势线 如图 5 点拨 根据实验中所描绘的图 4 2 问 C 点的电势是正还是负 不少同学认为 需要定量计算才能确定 其实不然 只要 抓住两等量异号电荷连线的中垂线 PQ 这 条等势线上各点电势为零的特点 得知 Ua Ub 0 Uc Ud 所以 Uc 0 故 C 处电 势为负 定量描绘平面上的等势线 按图 4 3 甲 所示电路用 50 欧姆变 阻器分压 以电极 B 的电势为零 则滑动 片 P1置于某一位置时的电势 U1可由伏特 表读出 当灵敏电流计指示 0 时 探针 P2接触点的电势也为 U1 调节 P1的位置 每隔 1 伏测一条等势线 最后看出等势线 越密的地方电场线也越密 如下图 乙 所示 6 实验中易混淆的是 操作过程中所取 基准点的间距相等易带来 相邻两等势线 的电势差相等 的负迁移 操作中每隔 1 厘米探测一个等势点易引出 等势点的间 距相等 的负迁移 其实这样操作是为迅 速 方便 准确地揭示规律 等距离取基 准点探测是为了上下对称 左右对称 描 图直观 易错的是 铺白纸 复写纸 导电纸 的顺序错乱 或者将电膜向下 易忘的是 找出电流流向与灵敏电流 计指针的偏转关系 因有时电源装在等势 线描绘仪盒内 操作时若不找出上述关系 则不能迅速判断电位哪边高哪边低而延误 实验时间 7 五 实验结论五 实验结论 根据电场方向的规定 由实验得知 电场线始于正电荷止于负电荷 电场线越 密 等势线也越密 电场线与等势线垂直 六 实验变通六 实验变通 变通 1 原理不变 变电极 用一个直径 1 厘米的金属圆柱套上 一个内径大于 8 厘米的金属圆环 再接通 电源 按实验条例中的步骤用探针去探测 等势点 不过此时基准线应该是直径 最 好取两条垂直 若金属圆柱接正极 圆环 接负极 则模拟正点电荷电场 如下图 反之 模拟负点电荷电场 有趣的是电极 的极性虽改变 可是等势线 即同心圆 并不改变 改变的是什么呢 8 将电极换成完全相同的平板铁夹 刃部去掉漆层 连同白纸 复写纸 导电纸 薄木板一起夹好 如下图 然后 在纸中央画一条水平基准线 等分基准线 描出 5 个基准点 照实验步骤描出 5 条等 势线 模拟匀强电场 变通 2 原理不变 电极不变 变导电纸 电子仪器中常把电路不同部分分别联 结到铝制仪器底盘上 借以构成通路及共 同的电势零点 如下图所示在矩形底盘上 A B 两点为两联结点 且知电流由 A 经 9 底盘到达 B 绘出等势线与电场线 如下 图 七 巩固练习七 巩固练习 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 A 6 伏的交流电源 B 6 伏的直流电源 C 100 伏的直流电源 D 量程 0 0 5 伏 零刻度在刻度盘中 央的电压表 E 量程 0 300 微安 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 它们的顺序是 自上 而下 10 在实验中 按下电键接通电路 若一 探针与基准点 接触 另一探针已分别在 基准点 的两侧找到了实验所需要的两点 a b 如图 则当此探针与 a 点接触时 电表的指针应 填左偏 指零 右偏 当此探针与 b 点接触时 电表的 指针应 填左偏 指零 右偏 2 在前面实验图中 如下 当 探针 1 与基准点 C 接触 探针 与 F 点 未标出 接触 电流计指针向左摆 这 时探针 应 填左移 右移 上 移 下移 设已知电流从右接线柱流入 11 时 电流计指针向右偏转 3 如图所示装置中 两平行铁夹 正中央放上一铜质圆环 C 紧压在导电纸上 不接电源 代表电场中的导体 某同学用 灵敏电流计接出两个探针描绘出平面上等 势线和电场线如下图所示 问 当两个 探针探测 C 环内任意两点时 电流计指针 应 左偏 指零 右偏 表明 在电场中 当两 个探针探测 C 环上各点时 电流计指针应 左偏 指零 右偏 当两个 探针探测 C 环上任一点和 C 环内导电纸 上任一点时 电流计指针应 左 偏 指零 右偏 表明 从这位同学描绘的图可以看出 12 实验说明 基本测量工具和测量数据实验说明 基本测量工具和测量数据 1 基本测量工具及其使用 灵敏电流计选内阻较小的 如 J0409 型表 探针导线要接它的 0 G0 两 个接线柱 为迅速判