描迹法画等势线11

1、描绘电场中的等势线描绘电场中的等势线实验实验 实验目的实验目的 : :(1)学会：用描迹法画出电场中平面上的等学会：用描迹法画出电场中平面上的等势线（等量异种电荷的连线所在平面上）。势线（等量异种电荷的连线所在平面上）。(2)验证：电场中各点的电势验证：电场中各点的电势,顺着电场线方顺着电场线方向是逐渐降低的。向是逐渐降低的。由于直接描绘静电场中的等势线非常由于直接描绘静电场中的等势线非常困难，所以本实验困难，所以本实验利用恒定电利用恒定电流形成的电流场来模拟静流形成的电流场来模拟静电场进行实验电场进行实验，从而研究平面从而研究平面上的电场等势线的分布情况。上的电场等势线的分布情况。 用导电纸

2、上形成的电流场来模拟静用导电纸上形成的电流场来模拟静电场，当在电流场中与导电纸接触电场，当在电流场中与导电纸接触的两探针尖端的电势差为零时，与的两探针尖端的电势差为零时，与探针相连的电流计中通过的电流强探针相连的电流计中通过的电流强度为零，从而可以利用灵敏电流计度为零，从而可以利用灵敏电流计找出电流场中的等势点，用顺滑的找出电流场中的等势点，用顺滑的曲线对等势点进行等势线的描绘。曲线对等势点进行等势线的描绘。实验原理：实验原理：学生用低压电源学生用低压电源（直流档）（直流档）或电池组（或电池组（6V）；灵）；灵敏电流计；开关；导电纸；白纸；复写纸；圆柱敏电流计；开关；导电纸；白纸；复写纸；圆柱

3、形金属电极两个；探针两支；导线若干；木板或形金属电极两个；探针两支；导线若干；木板或塑料底板。塑料底板。器材器材: :-+绝不允许直接将电源绝不允许直接将电源的正负极连在一起。的正负极连在一起。1、导电纸、复写纸、白纸的叠放顺序怎样？、导电纸、复写纸、白纸的叠放顺序怎样？两电极放在何位置？两电极放在何位置？2、为了使画出的等势线具有对称性，应先确、为了使画出的等势线具有对称性，应先确定一些基准点，怎样选择这些基准点？定一些基准点，怎样选择这些基准点？3、怎样用灵敏电流计判断电势的高低及寻找等、怎样用灵敏电流计判断电势的高低及寻找等势点（先观察灵敏电流计的表盘刻度特点并试势点（先观察灵敏电流计的

4、表盘刻度特点并试触了解指针的偏转情况）？触了解指针的偏转情况）？1、等势点的确定方法、等势点的确定方法（1）平衡法）平衡法 A、选定基准点、选定基准点a B、用灵敏电流计的一端接到基准点、用灵敏电流计的一端接到基准点a上，另上，另一端在一端在a的周围移动，当移动到使灵敏电流计的的周围移动，当移动到使灵敏电流计的示数为示数为0时，就找到了和基准点时，就找到了和基准点a电势相同的点电势相同的点（2）电压测量法）电压测量法用电压表的负接线柱端接在和电源相连的用电压表的负接线柱端接在和电源相连的B端，端，用电压表的正接线柱接触某个基准点，测出该用电压表的正接线柱接触某个基准点，测出该基准点与基准点与B

5、电极的电压，然后在这个基准点附近电极的电压，然后在这个基准点附近移动电压表的正接线柱端，当电压表的读数与移动电压表的正接线柱端，当电压表的读数与所接触的基准点上的电压相等时，就探测到了所接触的基准点上的电压相等时，就探测到了一个与该基准点电势相同的点一个与该基准点电势相同的点(3)关于这两种探测方法的注意事项关于这两种探测方法的注意事项A、用平衡法时，要求电流计的灵敏度高些、用平衡法时，要求电流计的灵敏度高些B、用电压测量法时，为避免因电压表的内阻、用电压测量法时，为避免因电压表的内阻而产生的分流作用，要求它的内阻尽可能大些，而产生的分流作用，要求它的内阻尽可能大些，但量程要小些，因为两接线端

6、的指针之间电压但量程要小些，因为两接线端的指针之间电压较小较小C、用两种方法都可找出等势点，但用灵敏电、用两种方法都可找出等势点，但用灵敏电流计比较精确，所以一般采用平衡法。流计比较精确，所以一般采用平衡法。1. 在平整的木板上，由下而上依次铺放白纸、在平整的木板上，由下而上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张，导电纸应将导电面朝复写纸、导电纸各一张，导电纸应将导电面朝上，把三层纸一起固定在木板上上，把三层纸一起固定在木板上. 2在导电纸上相距在导电纸上相距10cm，平放两个圆柱形电，平放两个圆柱形电极，并将电极分别与极，并将电极分别与6V直流电源的正负极相连直流电源的正负极相连接接.3将两根探

7、针分别接到电流表的将两根探针分别接到电流表的“+”、“”接线柱上接线柱上.4将两个电极的连线作为基准线，把基准线大将两个电极的连线作为基准线，把基准线大致分成六等份，得到致分成六等份，得到5个基准点，并用探针把它个基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上们的位置复印在白纸上.步骤：步骤：返回返回5. 接通电源后，将一个探针固定压在某一个基接通电源后，将一个探针固定压在某一个基准点上，一个探针在基准线的两侧轻轻移动，准点上，一个探针在基准线的两侧轻轻移动，观察电流表的指示，当移到某点电流计观察电流表的指示，当移到某点电流计示数为示数为零零，则此点即为基准点的等势点，稍用力将这，则此点即为基准点的

8、等势点，稍用力将这点的位置复印到白纸上，如此在基准线的两侧点的位置复印到白纸上，如此在基准线的两侧各找各找57个等势点。个等势点。6接步骤接步骤5的方法，换上另一个基准点继续找的方法，换上另一个基准点继续找该基准点的等势点，直到所有基准点都在基准该基准点的等势点，直到所有基准点都在基准线两侧找到线两侧找到57个等电势点个等电势点.7断开电源，取出白纸，将断开电源，取出白纸，将5组等电势点，分组等电势点，分别连接成别连接成5条平滑的等势线。条平滑的等势线。.回回返回返回 1. 使用的灵敏电流计，应选择零刻度在正中间的使用的灵敏电流计，应选择零刻度在正中间的那种那种.2安放导电纸，导电面应朝上安放

9、导电纸，导电面应朝上. 且电极与导电纸且电极与导电纸的相对位置不能改变，并要保持良好的接触的相对位置不能改变，并要保持良好的接触.3寻找等电势点时，应从基准点附近由近及远寻找等电势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可冒然进行大跨度的移动，以免地逐渐推移，不可冒然进行大跨度的移动，以免电势差过大，发生超过电流计满偏电流（烧坏）电势差过大，发生超过电流计满偏电流（烧坏）的现象的现象.4该实验模拟的是等量异种点电荷电场的等电该实验模拟的是等量异种点电荷电场的等电势线势线.探测等势点不要靠近导电纸的边缘，因为导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电纸边缘处的等势线会变

10、形.5导电纸上所涂导电物质相当薄，故在定位时导电纸上所涂导电物质相当薄，故在定位时不应用探针在导电纸上反复划动，应用点接触法不应用探针在导电纸上反复划动，应用点接触法.注意事项：注意事项：接链接链指针向右偏转，红黑两探针所接指针向右偏转，红黑两探针所接触的点，哪点的电势高触的点，哪点的电势高？误差分析：误差分析： 1.所使用的电流表的精度是本实验产生误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灵敏电情况下，要尽可能使用精度较高的灵敏电流表。流表。2电极与导电纸是否接触良好也是本实电极与导电纸是否接触良

11、好也是本实验产生误差的主要因素之一，对此，安装验产生误差的主要因素之一，对此，安装电极时要加以注意，可以在木板上垫电极时要加以注意，可以在木板上垫35张白纸。张白纸。3导电纸是否符合要求也是本实验产生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；导电涂层要均匀导电本身成为等势体；导电涂层要均匀导电性才能一致，否则会使测绘出的等势线性才能一致，否则会使测绘出的等势线产生畸变。产生畸变。圆柱形电极的大小也会给本实验带圆柱形电极的大小也会给本实验带来误差，圆柱形电

12、极应选一样大的直径来误差，圆柱形电极应选一样大的直径为为cm的磨平铜柱两只。的磨平铜柱两只。知道了等势线，如何画电场线？知道了等势线，如何画电场线？探究三：变通探究三：变通 （1）孤立点电荷的等势线）孤立点电荷的等势线 （2）匀强电场的等势线）匀强电场的等势线 （3）等量同种点电荷的等势线）等量同种点电荷的等势线+（1）（2）（3）探究四：应用探究四：应用【例【例1】 （1996年全国）在用电流场模拟静电场年全国）在用电流场模拟静电场描绘电场等势线的实验中，在下列所给的器材中，描绘电场等势线的实验中，在下列所给的器材中，应该选用的是：应该选用的是：_（用器材前的字母表示）（用器材前的字母表示）

13、A6V的交流电源的交流电源 ； B6V的直流电源的直流电源 ； C100V的直流电源；的直流电源；D量程量程00.5V，零刻度在刻度盘中央的电压表；，零刻度在刻度盘中央的电压表；E量程量程0300A，零刻度在刻度盘中央的电流表。，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）是在木板上，它们的顺序（自上而下）是（1） ，（，（2） ，（，（3） .B、E导电纸导电纸复写纸复写纸白纸白纸例例2、描绘电场中的等势线的实验装置如图所示，、描绘电场中的等势线的实验装置如图所示，如果以如果以a、b两个电极的

14、连线为两个电极的连线为x轴，以轴，以a、b连线连线的中垂线为的中垂线为y轴，并将一个探针固定置于轴，并将一个探针固定置于y轴上轴上的某一点，合上开关的某一点，合上开关K，而将另一探针由，而将另一探针由b电极电极处沿处沿x轴正方向移到轴正方向移到a电极的过程中，灵敏电流电极的过程中，灵敏电流表表 G(量程较大量程较大) 的指针与零刻度夹角的变化情的指针与零刻度夹角的变化情况是况是A逐渐增大逐渐增大 B. 逐渐减小逐渐减小C先变大后变小先变大后变小 D. 先变小后变大先变小后变大Gabyx(D)例例3、在实验中，按下电键，接通电路，若一个、在实验中，按下电键，接通电路，若一个探针与基准点探针与基准

15、点O接触，另一探针已分别在基准点接触，另一探针已分别在基准点O的两侧找到了实验所需要的的两侧找到了实验所需要的a、b两点，如图两点，如图2-2所示，则当此探针与所示，则当此探针与a点接触时，电表的指针点接触时，电表的指针应应 （填：左偏，指零或右偏）；当此探（填：左偏，指零或右偏）；当此探针与针与b点接触时，电表点接触时，电表指针应指针应 （填：（填：左偏，指零或右偏）。左偏，指零或右偏）。说明：指针向右摆动说明：指针向右摆动时电流是由正接线柱时电流是由正接线柱流入，从负接线柱流流入，从负接线柱流出的。出的。 顺着电场线的方向电势顺着电场线的方向电势是逐渐下降的是逐渐下降的abO电电源源图图2

16、2+_abO电电源源图图22+_ob-+左偏左偏右偏右偏 例例4、在该实验中，若将电极间的电压增加、在该实验中，若将电极间的电压增加为原来的为原来的2倍，倍， (1)则则a点的电场强度将点的电场强度将_(填填“增增大大”、“减小减小”、“不变不变”） （2）1与与2两等势线间的电势差两等势线间的电势差_ (填填“增大增大”、“减小减小”、“不变不变”） （3）这样的条件下做实验，画出的等势线）这样的条件下做实验，画出的等势线是更精确还是更不精确？是更精确还是更不精确？a12增大增大增大增大画出的等势线更精确。画出的等势线更精确。例例5、如图所示装置中，两平行铁夹正中央放上、如图所示装置中，两平

17、行铁夹正中央放上一铜质圆环一铜质圆环C紧压在导电纸上不接电源，代表电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场中的导体，某同学用灵敏电流计接出两个探针描绘平面上等势线和电场线如图所示，问：（描绘平面上等势线和电场线如图所示，问：（1）当两个探针探测当两个探针探测C环内侧任意两点时，电流表指环内侧任意两点时，电流表指针应针应 （左偏、指零、右偏），表明在电场（左偏、指零、右偏），表明在电场中中 _。（2）当两个探针探测）当两个探针探测C环环外侧上各点时，电流表指外侧上各点时，电流表指针应针应 （左偏、指零、右（左偏、指零、右偏）表明偏）表明 。（3）从这位同学描绘

18、的）从这位同学描绘的图中可以看出图中可以看出 。用这种方法可以验证静电感用这种方法可以验证静电感应现象中导体达到静电平衡应现象中导体达到静电平衡时，导体是一个等势体，表时，导体是一个等势体，表面是一个等势面。面是一个等势面。小结小结学会用导电纸上形成的电流场模拟静电场学会用导电纸上形成的电流场模拟静电场的方法。的方法。会用灵敏电流表寻找等势点会用灵敏电流表寻找等势点记住等量异种电荷的等势线分布图记住等量异种电荷的等势线分布图作业：作业：（1）完成实验报告书）完成实验报告书（2）物理物理1+1240页的课内外练习页的课内外练习例例4、用电流场模拟静电场描绘各种电场中的等、用电流场模拟静电场描绘各种电场中的等势线时，如图，哪些情况是能实现的（）势线时，如图，哪些情况是能实现的（）A图（图（a），圆环形电极），圆环形电极AB均