电场中等势线的描绘

电场中等势线的描绘

【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。

【实验原理】：

由于静电场和电流场遵循规律相似，利用导电纸上形

成的电流场模拟静电场实验。当电压传感器两个探针

电势相同时，读数为零。

【实验步骤】

○1安装实验装置，如图所示，在一块平整的木板上，

依次铺放白纸、复写纸、导电纸．导电纸有导电物质的一面向

上．用图钉将它们固定好．在导电纸上放两个与它接触良好的

圆柱形电极，电极A与电源的正极相连作为“正电荷”，电极B

与电源的负极相连作为“负电荷”．两个电极之间的距离约为

10cm，电压为4～6V将两探针通过电压传感器连接到数据采

集器的输入口，点击“实验单”中的“电压测量”，开始实验．

○2实验测量

(1)选择基准点，先将两个电极的位置压印在白纸上，然后在两电极的连线上，选取间距大致相等的5个点作为基准，使用探针把它们的位置压印在白纸上．

(2)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，然后用右手中的探针跟

导电纸平面上找若干个与基准点的电势差为零的点，用探针把

这些点一压印在白纸下．照这样的方法，在每个基准点的两侧，

各探测出五个等势点，每个等势点大约相距1cm．

(3)画等势线；取出白纸根据五组等势点画出五条平滑的曲线，不能连成折线，它们就是等势线【注意事项】

1．一块平整的木板上，依次铺放白纸、复写纸、导电纸．导电纸有导电物质的一面（深色一面）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）。

5.画等势线；取出白纸根据五组等势点画出五条平滑的曲线，不能连成折线

6.电极与导电纸应有良好接触否则会影响实验正常进行

说明：本实验的电流表有如下特点：

【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____白__纸，____复写____纸和__导电____纸；

（2）今有100μA、0．5mA、10mA电流表各一块供选用，则应选_100μA___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__指零_____（填左偏、指零、右偏），当此探针与b点接触时，电表的指针应___指零____（填左偏、指零、右偏）。

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