第九章 实验 用描迹法画出电场中平面上的等势线

1 实验实验 用描迹法用描迹法画画出出电场电场中平面上的等中平面上的等势线势线 一 实验目的 用描迹法画出电场中一个平面上的等势线 二 实验原理 用平面导电纸上的恒定电流场模拟真空中的等量异种电荷的静电场 当电场中与导电纸 接触的两探针尖端的电势差为零时 与探针相连的电流表中电流为零 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 三 实验器材 平整的塑料板 木板 图钉 白纸 复写纸 导电纸 圆柱形的铜电极 导线 学生低 压直流电源 或电池组 探针两根 灵敏电流表 四 实验操作 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 AB 相距约 10 cm 图实 1 3 接线路 如图实 1 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 基淮点选取 在导电纸上画两个电极的连线 AB 在连线上取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 等势点探测 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 4 8 个等势点 4 按同样的方法 找出其余四个基准点的 4 8 个等势点 断开电源 图实 2 4 等势点描绘 取出白纸 根据五个基准点的等势点画出五条平滑的曲线 如图实 2 所示 五 注意事项 1 对导电纸 1 导电纸不得折叠 划伤 且要保持清洁 否则导电物质分布不均匀 甚至出现断路 2 影响等势点的分布 2 安装时 有导电物质的一面向上 3 实验过程中 三纸 不要移动 2 对两电极 1 两电极必须完全相同 且为圆柱形 2 与导电纸必须充分接触好 压紧 3 不可太靠近导电纸边缘 3 对电流表 1 必须选零刻度在中央的 2 若双量程表应选较小的量程 灵敏度要高 4 对电源 1 直流 6 V 电压过低效果差 过高会引起电阻率变化 2 电压稳定 用直流稳压电源 或内阻极小的 4 节新干电池 否则会引起等势线畸 变 5 对探测过程 1 先判明指针偏转方向与电流方向关系 2 牢记 AB 两电极的电势高低关系 正最高 负最低 3 寻找等势点时 要从基准点附近由近及远地逐渐推移 不可贸然进行大跨度的移动 以免电势差过大 发生电流计电流过大现象 4 探测等势点不要太靠近导电纸的边缘 因为实验是用电流场模拟静电场 导电纸边 缘的电流方向与边界平行 并不与等量异种点电荷电场的电场线分布相似 5 要充分利用指针偏转方向与电流方向关系 迅速寻找等势点 6 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 用点接触 法 7 两探针不可长时间接在电路上 且不可直接触及两电极 6 对等势线描绘 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 六 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 导电纸是否符合要求也是本实验产生误差的主要因素之一 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 纸上导电性才能一致 否则会使测绘出的等势线产生畸变 4 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 在 用描迹法画出电场中平面上的等势线 的实验中 采用的装置如图实 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 3 图实 3 1 五个基准点中 电势最低的点是 2 若用图实 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 的连线垂直 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 d g 左 右 所以接 g 的表笔应向左移动 答案 1 e 2 d 3 左 2009 北京市海淀区模拟 如图实 4 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 接通电源后用描迹法画出两金属极板 间电场在平面上的等势线 在此实验中 图实 4 1 灵敏电流计指针偏转方向与流入电流的关系是 当电流从正 负 接线柱流入电流计时 指针偏向正 负 接线柱一侧 如图所示 一位同学用这个电流计探测基准点 1 两侧的等 势点时 把接电流计负接线柱的探针 P1压紧基准点 1 把接电流计正接线柱的探针 P2接 触导电纸上某一点 发现电流计的指针偏向负接线柱一侧 探针 P2与导电纸的触点应向 移 选填 左 或 右 2 在此实验中 为使所测定等势点的位置更精确 两极间的电压应适当 一些 选填 大 或 小 解析 1 此现象说明 P2的接触点电势比基准点 1 低 而左侧 A 金属条接电源正极 故 P2应向左移 2 两极间电压越大 导电纸上相邻基准点间的电势差越大 引起电流计指针明显偏转 的探针可移动范围就越小 所测等势点的位置越精确 答案 1 左 2 大 1 在 用描迹法画出电场中平面上的等势线 的实验中 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 4 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 电压对等势线的形状没有影响 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降低 答案 AC 图实 5 2 在用电流的电场模拟静电场描绘电场中等势线的实验中 如图实 5 所用的电表指 针偏转方向与流入电流的关系是 当电流从正接线柱流入电表时 指针偏向正接线柱一 侧 一位学生用这个电表探测基准点 2 两侧的等势点时 把接电表正接线柱的探针 E1接触 基准点 2 把接电表负接线柱的探针 E2接触纸上某一点 发现表的指针发生了偏转 为了 探测到等势点 则 A 若电表指针偏向正接线柱一侧 E2应右移 B 若电表指针偏向正接线柱一侧 E2应左移 C 若电表指针偏向负接线柱一侧 E2应右移 D 若电表指针偏向负接线柱一侧 E2应左移 解析 若电表指针偏向正接线柱一侧 说明探针 E1的电势高于 E2的电势 E2应向左移 动 所以 B 项正确 若指针偏向负接线柱一侧 说明探针 E2的电势高于 E1的电势 E2应向 右移动 C 项正确 答案 BC 图实 6 3 用描迹法画出电场中平面上的等势线 的实验中 在平整的木板上依次铺放白纸 复写纸和导电纸 在导电纸上平放两个圆柱形电极 A 与 B 分别与直流电源的正 负极接 好 如图实 6 所示 若以 A B 连线为 x 轴 A B 连线的中垂线为 y 轴 图中 O 点为坐标 原点 将一个探针固定在 y 轴上的某一点 沿 x 轴移动另一个探针 发现无论怎样移动 灵敏电流表的指针都不偏转 若电源 电流表及连线都是完好的 可能的故障是 将实验故障排除后 探针从 BO 间某处沿 x 轴向电极 A 移动的过程中 电流表中指针 偏转的情况是 解析 灵敏电流计不偏转的原因可能是导电纸有导电物质的一面朝下了 探针从 BO 间 某处沿 x 轴向电极 A 移动过程中 两探针之间的电压变小 故电流表指针偏角逐渐变小 探针在 O 点电流表指针不偏转 探针从 O 点向电极 A 转动时 电流表指针反向偏转 且偏 角逐渐变大 答案 导电纸放反 偏角先变小后反向变大 4 在 描绘电场中等势线 的实验中 有以下一些操作步骤 A 在导电纸上画出两电极的连线 B 将灵敏电流表的一个探针接一个电极 用另一个探针接触导电纸 缓慢移动 可找 出一系列等势点 C 在平板上先铺上白纸 再铺上复写纸 然后再铺上导电纸 5 D 安好电极 接好电路 图实 7 E 在两电极 a b 的连线上 等距离地取五个基准点 c d e f g 并复印在白纸上 如图实 7 所示 F 电流表的一个探针接触某个基准点不动 另一个探针缓慢地移动到电流表指针示数 为零时 复印此点 即可找出许多等势点 G 闭合开关 选取合理的操作步骤 并按顺序排列为 解析 灵敏电流表的一个探针不要与电极直接接触 故 B 步不合理 正确的顺序为 CDAEGF 答案 CDAEGF 5 2009 河北保定调研 在 用描迹法画出电场中平面上的等势线 的实验中 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 0 0 5 V 零刻度在刻度盘中央的电压表 E 量程 0 300 A 零刻度在刻度盘中央的电流表 图实 8 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 如图实 8 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 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 应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 种电荷的静电场 所以电源应该选 B 根据实验原理 可分析复写纸 导电纸 白纸的铺设 顺序 注意这里要求的是自上而下 答案 B E 导电纸 复写纸 白纸 指零 指零 6 2009 徐州模拟 如图实 9 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 图实 9 1 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 6 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 2 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 该等势线图中 cd 两点间的电 势差 选填 相等 增大 或 减小 解析 1 c 的等势线为过 A B 连线的中垂线 2 电源电压变高 相同距离电势差变大 答案 1 左 2 相同 增大 7 2009 东城模拟 图实 10 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 AB 间电场中的等势线 AB 间的电压要求取为 6 V 在图实 10 中连线 画成实验电路原理图 图实 10 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