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1、实验十 用描迹法画出电场中平面上的等势线,【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】用导电纸上形成的稳恒电流场来模拟静电场，当两探针与导电纸上电势相等的两点接触时，与探针相连的灵敏电流表中通过的电流为零，指针不偏转，从而可以利用灵敏电流表找出导电纸上的等势点，并依据等势点描绘出等势线.,要点归纳,【实验器材】木板、白纸、复写纸、导电纸、圆柱形电极、导线、电池、电键、探针、灵敏电流表.,【实验步骤】1.安装(1)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，将两个圆柱形铜电极A、B分别套在螺杆上，并用螺母拧紧（保证与导电纸接触完好）.(2)
2、两个圆柱形铜电极A、B相距约为10 cm，将电极A、B分别与6 V的直流电源的正、负极相连接，如图1甲所示.,图1(3)将两根探针分别接到电流计的“+”“-”接线柱上.2.选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
3、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.画等势线取出白纸，根据五个基准点的等势点画出五条平滑的曲线，如图乙.,【注意事项】1.使用的灵敏电流表，应选择零刻度在正中间的那种.2.安放导电纸，导电面应朝上，且电极与导电纸的相对 位置不能改变.,3.寻找等电势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可大跨度地移动，以免电势差过大.4.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.【误差分析】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
4、的情况下，要尽可能使用精度较高的电流表.,典例剖析,【例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（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00.5 V，零刻度在刻度盘中央的电压表E.量程0300 A,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 _.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2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“
5、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”）.,图2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，只有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号电荷的静电场，所以电源应该选B；根据实验原理，可分析复写纸、导电纸、白纸的铺放顺序，注意这里要求的是自上而下.答案 BE 导电纸 复写纸 白纸 指零 指零,【例2】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3甲所示.在平整的木板上，由下而上依次铺放白纸、
6、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.图3,(1)五个基准点中，电势最低的点是：.(2)若用图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相连垂直）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（
7、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 今指针左偏，说明电流是黑进，即黑笔处电势高，红笔处电势低，红笔接在d点.(3)据电路电势分布：,，接g的表笔应向左移动.答案(1)e(2)d(3)左,创新实验【例3】用下列器材和仪器可模拟描绘两个等量同种点电荷形成的电场中等势线的分布情况.木板N，白纸、复写纸、导电纸各一张，电动势为12 V、内电阻不计的电源E，用作电极的金属小圆柱（带有接线柱）A1、A2，环状金属环B（放置在导电纸上并压紧使之与导电纸接触良好），滑动变阻器R和定值电阻R
8、0各一个，量程为06 V、内阻很大的直流电压表一块，一支探笔P，开关S和若干导线.将A1、A2和金属环B按如图4所示位置固定在装置上，调节A1（或A2）与B间的电压，图中金属环B的轮廓线与两个等量同种电荷的一个等势面（线）重合.现要描绘B环内两电荷的等势线.,图4(1)图4中已画出实验原理图的部分连线，请画出其余连线，使之能达到实验目的.(2)若实验装置安装正确，进行了正确的连线，并已按实验要求调节好A1（或A2）与B间的电压.画一线段连接A1、A2两极，在此线段上选三个基点a、b、c，且有A1a=ab=bc=cA2.Mb是A1A2的中垂线，d是Mb上的一点.下列说法中正确的是（）,A.在S闭
9、合前，滑动变阻器的滑动触头应移至D端B.若将探针P按接在a点，电压表示数为U，当把P移至e点按接，电压表示数也为U，则a、e两点是等势点C.若将探针P按接在b点，电压表示数为U，当把P移至d点按接，因b、d两点是等势点，所以电压表示数也为UD.若将探针P按接在a点，电压表示数为U，当把P移至c点按接，电压表示数一定为U,解析(1)描绘两个等量同种点电荷形成的电场中等势线的分布情况，用作电极的金属小圆柱（带用接线柱）A1、A2应连接在一起与滑动变阻器的滑动触头相接.滑动变阻器的D端、电压表的负接线柱与电源负极相接.(2)若将探针P按接在b点，电压表示数为U，当把P移至d点按接，因b点电势高于d点
10、电势，所以电压表示数应小于U，C错误.答案(1)如下图(2)ABD,素能提升,1.在等势线的描绘实验中，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 电源电压对等势线的形状并没有影响；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减小.,AC,2.在“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的实验中，先在平板上依次铺好白纸、复写纸和导电纸，将电源、开关和电极A、B按图5所示连接好.将灵敏电流计的两个接线柱分别和两个探针相连接，并判断出灵敏电
11、流计的指针偏转方向与电流方向间的关系是：当电流由正接线柱流入灵敏电流计时，灵敏电流计的指针向右偏转.在电极A、B的连线上等距离地取a、b、c、d、e等5个基准点，闭合开头S后，用一个探针接触某一基准点，另一探针在导电纸上缓慢移动，直到电流计示数为零，则此时另一探针所在位置与基准点等电势.由此可以找到一系列的等势点，进而描绘出过该基准点的等势线.,图5,(1)若在图中连接灵敏电流计正接线柱的探针接触a点，连接灵敏电流计负接线柱的探针接触b点时，灵敏电流计的指针向左偏转，则可以判断出电极A接在电源的_ 极上（选填“正”或“负”）.(2)若灵敏电流计的两个探针分别接触a点和b点，灵敏电流计的示数为I
12、1；若灵敏电流计的两个探针分别接触b点和c点，灵敏电流计的示数为I2.则I1和I2相比较，有I1 I2(选填“大于”、“小于”或“等于”).(3)若在实验中连接好电路，用一个探针接触某一基准点，在导电纸上移动另一探针时发现电流计示数总是零，若灵敏电流计及其与探针的连接都是完好的，用多用电表检查A、B电极间的电压也正常，那么故障出现的原因可能是.,解析(1)由灵敏电流计的指针向左偏转可知电流由负接线柱流入电流计，电极A接在电源的负极上；(2)由等量异号电荷电场线图可知ab之间的电场线比bc之间的电场线密，ab之间的电势差大于bc之间的电势差，所以I1大于I2;(3)若发现电流计示数总是零，说明A
13、、B电极之间没有形成电流场，原因是导电纸放反了或电极与导电纸之间接触不好.答案(1)负(2)大于(3)导电纸放反了，电极与导电纸之间接触不好（只要给出一条合理的原因即可）.,3.图6中给的器材为：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.,图6,(1)
14、在图6中连线，画成实验电路原理图;（）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.,答案()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.()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.,返回,
