实验五 用描迹法画出电场中平面上地等势线.doc

实验五 用描迹法画出电场中平面上的等势线 【学习目标】 1．知道本实验是用恒定电流的电场来模拟静电场的． 2．学习使用灵敏电流表．会确定指针偏转方向与电流方向(电势高低)的关系．理解用灵敏电流表寻找等势点的原理． 3．会由基准点和等势点画出等势线分布，会由等势线分布画出电场线分布． 【基础知识概述】 1．实验目的 用描迹法画出电场中一个平面上的等势线． 2．实验原理 利用导电纸中的恒定电流场模拟静电场，当在场中与导电纸接触的两探针尖端的电势差为零时，与探针相连的电流表中电流强度为零，从而可以通过探针找出电流场中的等势点，并依据等势点描出等势线． 3．实验器材 学生用低压电源或电池组；灵敏电流表；开关；导电纸；白纸；复写纸；圆柱形金属电极两个；探针两支；图钉；导线若干；木板． 灵敏电流表简介： 灵敏电流表又叫灵敏电流计，在电路中的符号为，用来测量微弱电流、电压的有无和方向，使用时要注意以下几点： (1)电流表的指针指在刻度盘的中央时电流为零，如实验图5-1所示，用电流表检测微弱电流时，把它串联在被测电路当中，对于大多数电流表，若指针向左摆动，说明电流从负接线柱流入，从正接线柱流出． (2)电流表的刻度是均匀的，如指针偏转1格表示通过10μA电流，指针偏转2格就表示通过20μA电流． (3)电流表允许通过的电流是很小的，一般不超过几百μA，实验时若指针超过满度，应立即切断电源，以防损坏电流表． (4)电流表不要接在电源上，防止偶然出现的大电流烧坏电流表． 4．实验步骤 (1)安装器材：在平整的木板上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张，导电纸有导电物质的一面向上，再用图钉把它们一起固定在木板上(如实验图5-2)，在导电纸上放两个跟它接触良好的圆柱形电极，两极间距离10 cm，电压约为6 V，再从一个灵敏电流表的两个接线柱引出两个探针． (2)选基准点，在导电纸平面两极的连线上，选取间距大致相等的五个点作为基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上． (3)探测等势点，将两个探针分别拿在左、右手中，用左手中的探针跟导电纸上的某一基准点接触，然后在导电纸平面两极连线的一侧，距此基准点1 cm外再选一个点，在此点右手拿着的探针跟导电纸接触，这时一般会看到电流表的指针有偏转，左右移动探针位置，直至找到一点，使电流表的指针没有偏转，说明这个点跟基准点的电势相等，用探针把这个点的位置复印在白纸上，照上述方法，在这个基准点的两则，各探测出五个等势点，每两个等势点大约距1 cm．用同样的方法，探测出另外四个基准点的等势点． (4)画等势线．取出白纸，根据五组等势点画出五条平滑的曲线，它们就是等势线(如实验图5-3)． 5．注意事项 (1)在木板上铺纸的先后顺序是白纸、复写纸、导电纸，并且导电纸有导电物质的一面(黑色)朝上，且两个电极和几层纸的相对位置不变． (2)电极与导电纸的接触应该良好，否则会影响实验正常进行． (3)在探测与某一基准点电势相等的其他各点时，与该基准点相接触的探针要固定不动． (4)寻找等势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可以大跨度地移动，以免电势差过大，发生电流表过载现象． (5)绝不允许将两探针分别同时触到电极，以防烧坏电流表； (6)鉴于导电纸边缘处的等势线会变形，探测等势点不要靠近导电纸的边缘； (？)描绘的等势线必须是平滑曲线，不应画成折线． 6．实验误差的来源与分析 (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因素之一，对此，安装电极时要加以注意，可以在木板上垫几张白纸． (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1 cm的磨平铜柱两只． 7．说明 (1)本实验是用恒定电流场模拟静电场，研究平面上电场等势线的分布情况． (2)本实验可以用两块平行的铜板代替圆柱形电极来模拟匀强电场． (3)本实验也可以用一个圆柱形电极和一圆环铜条来模拟点电荷的电场，如实验图5-4所示． (4)本实验中也可以用电压表替代灵敏电流表，方法是将电压表一端接某一电极另一端接探针与各基准点接触并在附近移动，当探针在基准点，记下电压表的示数U，当探针在基准点附近移动到某点时，若电压表示数也为U，则说明该点的电势与基准点相同． 【经典例题精讲】 例1 (1992·全国高考)在用电流场模拟静电场描绘电场中等势线的实验中，所用的器材除了木板、白纸、复写纸、圆柱形电极、导线、电池、开关外，还必须具有_____