电场中等势线的描绘.doc

电场中等势线的描绘
【实验目的】
学会描点法描绘电场中平面上的等势线
【实验原理与方法】
本实验利用导电纸中的恒定电流场模拟真空中的静电场，当在场中与导电纸接触的两探针尖端的电势差为零时，与探针相连的电流计中通过的电流强度为零。从而可以通过探针找出电流场中的等势点，并依据等势点绘出等势线。
【实验器材】
1．DIS电压传感器（或灵敏电流计）；2．导电纸；3．直流电源（电压6伏左右）；4．金属电极及探针各一对；5．电键及导线；6．木板；7．复写纸；8．白纸；9．直尺。
【实验步骤】
(1)在木板上按自下而上顺序铺上白纸、复写纸、导电纸各一张，用图钉固定；
(2)在导电纸上压上电极，按下图接好电路；
(3)画两电极间的连线作为基准线，在基准线上大至分成六等分，得到五个基准点；
(4)合上开关后，将一个探针固定压在一个基准点，另一个探针在基准线的两侧移动，观察电流表的指示，当移到某点电流计示数为零时，此点即为基准点的等势点，稍用力将这点的位置复印到白纸上。如此在基准线的两侧各找5－7个等势点。
(5)换上另一个基准点后继续找该基准点的等势点，直到所有基准点都在基准线两侧找到5－7个等势点为止。
(6)取出白纸，沿各个基准点的等势点连成平滑的等势线。
【注意事项】
1．导电纸有导电物质的一面应向上。
2．在探测与某一基准点电势相等的其它各点时，与该基准点相接触的探针要固定不动。
3．绝不允许将两探针分别同时触到电极，以防烧坏电流计。
4．为迅速判断测试点电势的高低，实验前最好判断电流流向与电流表指针的偏转关系（如电流左进，指针左摆或电流右进指针左摆）。
【练习】
1．在描绘电场中等势线的实验中
（1）实验时需在木板上依次铺放______纸，________纸和______纸；
（2）今有100μA、0．5mA、10mA电流表各一块供选用，则应选______的电流表较好；
（3）在实验中，按下电键接通电路，若一探针与基准点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，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）。
解答：（1）白，复写，导电 （2）100μA （3）指零，指零
2．当你按实验中的方法正确得出了等势线以后，能否继续画出电场线？
分析与解答：
可以，由于电场线与等势线处处垂直，故而只要画出与诸条等势线相交且垂直的曲线就是电场线。
本题思维点拨：我们知道，电势相等的点组成的面（线）叫等势面（线），必须掌握点电荷、等量异种电荷的电场及匀强电场中等势面（线）的分布情况。等势面的特点是：
①等势面上各点电势相等，在等势面上移动电荷电场力不做功。
②等势面一定跟电场线垂直，而且电场线总是由电势高的等势面指向电势较低的等势面。
③我们在画等势面时通常让相邻的等势面间的电势差相等（也就是所谓的等差等势面）。这样，在等势面密的地方电场强度大，等势面疏的地方电场强度小。请同学们思考一下我们按照实验要求所绘出的等势线是不是等差等势线。
由于直接画电场线比较困难，所以在一般情况下，我们总是先画出等势线，再根据“等势面一定跟电场线垂直”的特点，进一步画出电场线。
3．图6-3是描绘电场中等势线的实验装置
①图中有7个等间距的点，其中A、B为___________；
②当电流从标有“+”号的接线柱流入灵敏电流计G时，其指针正向偏转，则当灵敏电流计指针______偏时，探针所接触的两点恰是等势点；
③当探针1接在F点时，探针2应在F点的正上方或者正下方的某个位置往____移，才能找到等势点。

分析与解答
①金属电极，其中A为正极，B为负极；②不；③右。
本题思维点拨：找等势点是本实验的关键所在，导电纸上任何一点都可以找出无数个等势点，但我们为了使得描绘的等势线更规范一些，所以选了等间距的C、D、E、F、G五个基准点，这样描绘出的等势线看起来较有规律。当我们用探针1按住某一个基准点时，另一个探针2在适当位置轻轻滑动，这时灵敏电流计中指针摆动，说明两探针之间有电势差，只有两探针间电势差为零时，灵敏电流计指针不偏转，指向零位置，这时说明我们已找到了一个等势点，可将探针2用力按一下，复印出该等势点的位置。牢记等量异号点电荷的等势线分布情况可帮助我们迅速找到F的等势点。
4．在“电场中等势线描绘”的实验中，每相差一定的电势就画一条等势线，那么这些等势线在空间的分布是_____。
A．以两极连线为轴的轴对称图形
B．以两电极连线的中垂线为轴的轴对称图形
C．以两电极连线的中点为中心的中心对称图形
D．各等势线之间的距离相等
E．距电极越近，等势线越密集
分析与解答
A、B、E。
本题思维点拨：我们按照实验要求所模拟绘出的等量异种电荷电场的等势线以电荷（两个电极就相当于正负电荷）为参照点非常有规律地排列着。它们是以电极连线的中垂线（可规定为零势线）为对称轴两边对称的图形，正、负电荷也处于对称位置。另一种对称是以两电荷的连线为对称轴，上面一半等势线和下面一半等势线相对称，这也是一种轴对称关系。

5．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
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
6．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
7．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
D．安好电极，接好电路
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
8．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 μA，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①________、②________、③________. 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
9．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AB间电场中的等势线，AB间的电压要求取为6 V.
(Ⅰ)在图中连线，画成实验电路原理图
(Ⅱ)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：本题主要考查匀强电场的等势面的特点以及用与模拟等量异种电荷的电场的相似的方法模拟匀强电场，考查了知识的迁移能力．
(Ⅰ)AB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．
(Ⅱ)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：(Ⅰ)见解析
(Ⅱ)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

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