河北省2011年高考物理一轮总复习课件电场第46讲实验用描迹法画出电场中平面上的等势线

第46讲 实验：用描迹法画出电场中平面上的等势线 自主夯实基础 自主预习 轻松过关 名师点金 本实验是中学物理实验中唯一的一个“模拟实验”，即利用导电纸中的恒定电流场模拟真空中的静电场.在稳恒电流的情况下，无论是电荷分布还是电磁场都不随时间变化，在均匀电介质中，稳恒电流的电场和静电场遵循同样的场规律.只要稳恒电流场的空间电极形状与边界条件和静电场产生的相同，就可以用电流场来代替静电场.正是这种模拟法使实验成为了可能，而且可以用来求解复杂的静电场问题.这是模拟法的重要意义！,知识梳理 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 由于直接描绘静电场中的等势线非常困难，所以本实验利用恒定电流形成的电场来模拟静电场进行实验(恒定电流形成的电场与等量异号点电荷形成的电场形式相同)，从而研究平面上的电场的等势线的分布情况. 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，从而可以利用电流表通过探针找到电流场中的等势点，并依据等势点描绘出等势线.,三、实验器材 学生低压直流电源（6 V蓄电池一个或4节1.5 V的干电池串联）、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. 关于灵敏电流表的几点说明： 1.灵敏电流表只能用来检验微弱电流，一般被测电流不超过几百微安. 2.灵敏电流表的零刻度在刻度盘的中央，将它串联在电路中时，电流可以从正接线柱流入，也可以从负接线柱流入.使用前，一般要判断电流表指针偏转方向跟所通过的电流方向间的关系.,3.灵敏电流表的刻度是均匀的. 4.电流表不能长期连接在电路中，停止实验时，应立即断开电路，以保护电流表. 四、实验步骤 1.安装实验装置.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，再用图钉把它们固定在木板上(如图46-1所示)；在导电纸上放两个跟它接触良好的圆柱形电极，两极间的距离约为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. 图46-1,2.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处再选一个点，在此点将右手拿着的探针跟导电纸接触时，一般会看到电流表的指针有偏转，左右移动探针的位置，直至找到一点，使灵敏电流表的指针没有偏转为止，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，各探测出五个等势点，相邻等势点大约相距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.(如图46-2所示) 图46-2 五、注意事项 1.灵敏电流表应选择零刻度在正中间的那种. 2.应由下而上依次铺放白纸、复写纸、导电纸，导电纸有导电物质的一面应朝上，并用图钉把三层纸一起固定在平整的木板上，且两个电极和三层纸的相对位置不变. 3.在开始实验时把两探针与AB连线上的两点接触，以确,定指针偏转方向与电流经过 表方向的关系.在寻找等势点时就可根据指针的偏转方向确定右手探针接触位置的电势是偏高还是偏低，从而确定应该移动的方向. 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. 5.在两电极连线上应取奇数个基准点. 6.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. 7.绝不允许两探针分别触到两电极上，以防烧坏电流表. 8.描绘的等势线必须是平滑曲线，不能画成折线. 六、误差分析 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，要尽可能使用精度高的电流表. 2.导电纸与电极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. 3.导电纸要均匀，纸上导电性要一致. 4.圆柱形电极的大小也会给本实验带来误差，圆柱形电极应选择直径大小一样的扁平圆柱体. 创新方法探究 提炼方法 展示技巧 题型方法 一、对实验原理的理解 例 如图46-3所示，在“用电流场模拟静电场描绘电场中等势线”的实验中，应该选用的器材是 . (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.量程为0.5 V，零刻度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 A，零刻度在刻度盘中央的电流表 (1)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 、 、 . (2)在实验过程中，按下开关，接通电路.若一个探针与基 准点O接触，另一个探针已分别在基准点O的两侧找到了实,图46-3,验所需的两点a、b(如图46-3所示)，则当此时探针与a点接触时，电表的指针应 (“左偏”、“右偏”或“指零”)；当此探针与b点接触时，电表的指针应 (“左偏”、“右偏”或“指零”). 【解析】要用直流电源形成稳恒电流场来模拟静电场，应选6 V的直流电源.要用探针寻找等势点，电流表灵敏度要高，指针能向左、向右偏转.导电纸应在最上面且涂有导电物质的面向上，以便用探针寻找等电势点，白纸是为了记录等势点的，应在下面，复写纸应在二者之间. 实验所需要的点就是等势点，电表接在等势点间，指针不偏转，即指零. 【答案】BE (1)导电纸 复写 纸白纸 (2)指零 指零,【点评】这道题要求根据实验原理能选择正确的仪器并能熟悉操作，并考查对电势相等的点及其意义的理解.如果没有独立做这个实验，或者没有认真地做这个实验，很难记清实验中所用的器材，更谈不上正确地选择仪器和操作.同时要注意把理论知识的学习和实验检验结合起来.学习了电势相等的两点间没有电势差，应想到当用电流表连接于没有电势差的两点间时，电流表的指针将不偏转（即指零），做实验时，正好用这个实验来检验一下. 二、如何寻找等势点 例2 图46-4所示为描述电场中等势线的装置，图中A、 N、C、D、B相邻两点的间距相等，其中A、B为金属圆柱，,当电流表从正接线柱流入 表时， 其指针向正接线柱一侧偏转. 图46-4 （1）当表指针 时，说明探针所接触的两点是等势点. （2）当探针接在D点，探针接在某点时，表指针偏向负接线柱一侧，为了寻得等势点，探针应向 移才能寻得等势点. 【解析】（1）因为两点电势相等时无电流，所以当 表指针指零时，说明探针所接触的两点是等势点.,（2） 表指针偏向负接线柱一侧，说明电流是从负接线柱流入 表，即是由D点流入，此时探针与导电纸的触点电势比D点低，在导电纸上自右向左电势逐渐渐降低.要使探针所接的触点与探针接在的D点等电势，应将探针向右移动. 【答案】（1）指零 （2）右 【点评】先确定指针偏转方向与电流流向的关系，这样可以为实验带来较大的方便. 体验成功 1.（2009年湖北鄂州高中模拟）在“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的实验中，为了确定等势点，下列电表中最好选用( ),A.量程为3 V，零刻度在刻度盘中央的电压表 B.量程为0.6 A，零刻度在刻度盘中央的电流表 C.量程为300 A，零刻度在刻度盘中央的电流表 D.量程为300 A，零刻度在刻度盘最左边的电流表 【解析】电表的灵敏度越高，实验误差越小. 【答案】C 2.（2009年长沙一中检测）下列措施不会影响所描绘的等势线的形状的是( ) A.把直流电源的电压变为原来的两倍 B.把直流电源改为交流电源 C.把圆柱形电极改为长方形电极 D.把灵敏电流表换成内阻很大的电压表，利用电压表探测基准点的等势点,【解析】等势线的形状是一定，不会因电源电压的变化而改变. 【答案】AD 3.（2009年衡水中学调研）在“用电流场模拟静电场描绘电场中的等势线”的实验中，图46-5所示的情况中可以实现的是( ) 图46-5 A.图甲中，圆柱形电极A、B均接电源正极，用以模拟等量正电荷的电场 B.图乙中，圆柱形电极A接电源正极，圆环形电极B接电电源负极，用以模拟正点电荷的电场,C.图丙中，两平行的长方形电极分别接电源的正负极，用以模拟匀强电场 D.图丁中，圆柱形电极A接电源负极，用以模拟负点电荷的电场 【解析】只要能够形成电流，就可以用恒定电流的电流场来模拟静电场，描绘等势线. 【答案】BC 4.（2009年北师大附中周测）在“用电流场模拟静电场描绘电场中等势线”的实验中，如图46-6所示，图中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接触纸上的某一点时，发现表的指针发生了偏转，为了探测到等势点，则（ ） 图46-6 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】因圆柱形电极A、B分别与电源的正负极相连，所以导电纸上由A到B电势逐渐降低，电表指针发生偏转，说明探针E1、E2所接触的两点电势不等，存在电势差.根据电表指针偏转方向与流入的电流方向可知：若指针偏向正接线柱一侧，说明探针E2接触点的电势较低，E2应左移；若指针偏向负接线柱一侧，说明探针E2接触点的电势较高，E2应右移. 【答案】BC 5.（2009年重庆八中模拟）均匀导电纸上放置两平行的长方形银条，如图46-7甲所示，两银条上的A0和B0点连接电动势为6 V的电池，一理想的负接线柱接A0，正接线柱接一探针P. 图46-7甲,（1）当P接于B1时，电压表的示数是多少？将P沿