高中物理 实验十静电场中等势线的描绘解析

实验十静电场中等势线的描绘

第一关：基础关展望高考

基础知识

（一）实验目的

用描迹法画出电场中一个平面上的等势线.

（二）实验原理

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.

（三）实验器材

学生用低压电源或电池组、灵敏电流计、开关、导电纸、白纸、复写纸、圆柱形金属电极2个、探针2个、图钉、导线若干、木板.

（四）实验步骤

（1）安装

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（如图）.在导电纸上放两个跟它接触良好的圆柱形电极.两极间距离约为10 cm，电压约为6 V.再从一个灵敏电流计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5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，距此基准点约1 cm处再选1个点，在此点将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，再左右移动探针的位置，直至找到一点，使电流表指针没有偏转为止，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，在这个基准点的两侧，各探测出5个等势点，每个等势点大

约相距1 cm.用同样的方法，探测出另外4个基准点的等势点.

（4）画等势线

取出白纸，根据5组等势点画出5条平滑的曲线，它们就是等势线（下图）.

第二关：技法关解读高考

解题技法

一、如何判断探针的移动方向

技法讲解

在寻找某一点的等势点时，若发现电流表指针不为零，可依据指针的偏转方向判断探针的移动方向：先由指针偏转方向判断电流的流向，由此可知两探针所接触的两点的电势高低，再由电场的分布特点来判断探针的移动方向.

典例剖析

例1

如图所示为描绘电

场中平面上等势线的装置，图

中A、C、P、D、B等相邻两点间

距相等，其中A、B为金属圆柱．

当电流从正接线柱流入电流表

G时，其指针向正接线柱一侧

偏转.

当探针(Ⅰ)接在D点，探针(Ⅱ)接在导电纸上

某点时，电流表G指针向负接线柱一侧偏转，为了

尽快寻得等势点，探针(Ⅱ)应向(选填“向左”或“向右”）移动. 解析：

电流表指针向负接线柱一侧偏转，说明电

流是由负接线柱流入电流表，此时，探针(Ⅱ)与导

电纸的触点电势比D点电势高．

观察图中实验装置知，金属圆柱A、B分别与

电源负极、正极相接，在导电纸上自右向左各点电

势逐渐降低，要使探针(Ⅱ)寻找到与探针(Ⅰ)触点

D电势相等的点，应将探针(Ⅱ)向左移动．

答案：向左

二、实验注意事项

技法讲解

(1)使用的电流表，应选择零

刻度在中间，量程不能超过几百

微安，在使用前，要判断清楚电流

表指针偏转方向与通过的电流方

向之间的关系．

(2)如果用低压学生电源做

实验，一定要注意把两电极接到

直流输出端．

(3)安放导电纸时，有导电物

质的一面应向上．

(4)安放电极时，不能太靠近

导电纸的边缘；电极与导电纸接

触要良好，且与导电纸的相对位

置不能改变．

(5)寻找等势点时，要从基准

点附近由近及远地逐渐推移，不

可贸然进行大跨度地移动，以免

电势差过大，发生电流计过载

现象．

(6)探测等势点不要太靠近

导电纸的边缘，因为实验是用电

流场模拟静电场，导电纸边缘的

电流方向与边界平行，并不与等

量异种点电荷电场的电场线分布相似.

典例剖析

例2

在“描绘电场中平面上等势线”实验中，配备了下列器材，应该选用的是(用器材前的字母表示)

（）

A.电压为6 V的交流电源

B.电压为6 V的直流电源

C.电压为100 V的直流电源

D.量程为0.5 V、零刻线在刻度盘中央的电压表

E.量程为0.6 mA的电流表

F.量程为300 μA、零刻线在刻度盘中央的电流表

解析：

A选项不符合静电场的要求．C选项电压

太大，会烧坏电源和电表．D选项中的电压表分流

会影响电流场的分布．一般不采用．E选项中的量

程太大，灵敏度不高.故选BF．

答案：BF

三、实验误差分析

技法讲解

（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3～5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；导电纸涂层要均匀，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在直径约为1cm 的磨平铜柱两只.

典例剖析

例3

在“电场中平面上等势线的描绘”的实验中，为尽量减小实验误差，

（1）

若有几只满偏电流不相同的电流表供选用，应选用

（）

A.100 μA

B.0.5 mA

C.10 mA

（2）

若有几种输出电压的直流电源供选用，应选用

（）

A.1.0 V

B.6.0 V

C.12 V

（3）

若有两种规格的平木板，在两种情形下两个圆柱形电极间距不同，则应选两电极距离稍（选填“大”“小”）的平木板.

解析：

（1）为提高灵敏度，应选A.

(2)选直流低压电源，应为B.

(3)大.

答案：（1）A（2）B（3）大

第三关：训练关笑对高考

随堂训练

1.在电场中等势线的描绘实验中所用灵敏电流表的指针偏转的方向与电流的关系是：当