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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1 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
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