高考物理第9章实验10用描迹法画出电场中平面上的等势线更多资料关注微博高中学习资料库

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实验十　用描迹法画出电场中平面上的等势线 考纲解读学会用描述法画出电场中平面上的等势线．‎ 基本实验要求 ‎1．实验器材 木板、白纸、复写纸、导电纸、圆柱形电极、导线、直流电源(6 V)、电键、探针、灵敏电流表．‎ ‎2．实验步骤 ‎(1)安装 ‎①在平整的木板上依次把白纸、复写纸、导电纸(将导电面朝上)穿过螺杆铺放，将两个圆柱形铜电极A、B分别套在螺杆上，并用螺母拧紧(保证与导电纸接触良好)．‎ ‎②两个圆柱形铜电极A、B相距约为‎10 cm，将电极A、B分别与6 V的直流电源的正、负极相连接，如实验原理图甲所示．‎ ‎③将两根探针分别接到灵敏电流表的“＋”“－”接线柱上．‎ ‎(2)选基准点 在导电纸上画出两个电极的连线AB，在连线上取大致等距的五个点作基准点a、b、c、d、e，并用探针把它们的位置复印在白纸上．‎ ‎(3)探测等势点 ‎①接通电源，将探针接触电极A，另一探针接触导电纸(注意跨度要小，以保证灵敏电流表示数不会太大)，判断出指针偏转方向与电流方向的关系．‎ ‎②将左手探针跟AB连线上某一基准点相接触，然后在导电纸平面AB连线旁距此基准点约‎1 cm处轻轻移动右手探针，直到电流表指针不再发生偏转，用探针把这一点位置复印在白纸上．‎ ‎③按步骤②的方法在这个基准点两侧逐步由近及远地探测得到4～8个等势点．‎ ‎④按同样的方法，找出其余四个基准点的4～8个等势点，断开电源．‎ ‎(4)画等势线 取出白纸，根据五个基准点的等势点画出五条平滑的曲线，如实验原理图乙．‎ 规律方法总结 ‎1．实验原理 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，从而可以利用灵敏电流表找出导电纸上的等势点，并依据等势点描绘出等势线．‎ ‎2．注意事项 ‎(1)使用的灵敏电流表，应选择零刻度线在刻度盘正中间的那种．‎ ‎(2)安放导电纸，导电面应朝上，且电极与导电纸的相对位置不能改变．‎ ‎(3)寻找等势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可大跨度地移动，以免电势差过大．‎ ‎(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．‎ ‎3．误差分析 所使用的灵敏电流表的精度是本实验产生误差的主要原因之一，因此，在条件允许的情况下，要尽可能使用精度较高的灵敏电流表．‎ 考点一　实验器材选择与仪器组装 例1　在用电流场模拟静电场描绘电场等势线的实验中，在下列所给出的器材中，应该选用的是________(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0～0.5 V，零刻度在刻度盘中央的电压表 E．量程0～300 μA，零刻度在刻度盘中央的电流表 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①________②________③________.‎ 在实验中，按下电键，接通电路．若一个探针与基准点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(如 图1所示)，则当此探针与a点接触时，电表的指针应________(填 ‎“左偏”、“指零”或“右偏”)；当此探针与b点接触时，电表的 指针应________(填“左偏”、“指零”或“右偏”)．图1‎ 解析　本实验利用恒定电流形成的电流场模拟静电场，根据灵敏电流表接入电路无电流通过时，两探针接触处为等电势的原理，找出等势点，画出等势线．实验时，探针应触及导电纸，而在导电纸与白纸间衬以复写纸，以便在白纸上描出相应的点．‎ 答案　BE　①导电纸　②复写纸　③白纸　指零　指零 考点二　对实验原理及操作过程的考查 例2　在“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的实验中，采用的装置如图2甲所示．在平整的木板上，由下而上依次铺放白纸、复写纸和导电纸，A、B为两个电极，分别接在路端电压为6 V的电源两端．A接电源正极，B接电源负极，在A、B两点的连线上，有a、b、c、d、e五个等间距的点．‎ 图2‎ ‎(1)五个基准点中，电势最低的点是：________.‎ ‎(2)若用图乙中的灵敏电流表的两个接线柱引出的两个表笔(探针)分别接触图甲中的d、f两点(d、f连线和A、B相连垂直)时，指针向左偏(若电流从红表笔流进，指针向右偏)，则电流表的红表笔接触在________点；‎ ‎(3)若用图乙中的灵敏电流表的两个表笔(探针)分别接触图甲中的a、g两点(a、g连线和A、B连线垂直)时，发现电流表指针偏离刻度盘中央位置．为使指针仍指在刻度盘中央(即不发生偏转)，应将接g的表笔向________(填“左”或“右”)移动．‎ 解析　(1)电路中，电源正极电势最高，负极电势最低，因而基准点中e点电势最低．‎ ‎(2)由题意知电流表是红进右偏，黑进左偏，由电路分析知φd<φf今指针左偏，说明电流是黑进，即黑表笔处电势高，‎ 红表笔处电势低，红表笔接在d点．‎ ‎(3)据电路电势分布：φa<φg，φ左<φ右，接g的表笔应向左移动．‎ 答案　(1)e　(2)d　(3)左 ‎　　　　　判断探针移动方向时，首先要弄清：(1)哪点电势高；‎ ‎(2)电流(电流从高电势点流向低电势点)从哪个探针流入电流 计；(3)电流表指针偏转方向与电流的方向之间的关系．‎ 例3　用下列器材和仪器可模拟描绘两个等量同种点电荷 形成的电场中等势线的分布情况．‎ 木板N，白纸、复写纸、导电纸各一张，电动势为12 V、‎ 内电阻不计的电源E，用作电极的金属小圆柱(带有接线 柱)A1、A2，环状金属环B(放置在导电纸上并压紧使之与图3‎ 导电纸接触良好)，滑动变阻器R和定值电阻R0各一个，量程为0～6 V、内阻很大的直流电压表一块，一支探笔P，开关S和若干导线．将A1、A2和金属环B按如图3所示位置固定在装置上，调节A1(或A2)与B间的电压，图中金属环B的轮廓线与两个等量同种电荷的一个等势面(线)重合．现要描绘B环内两电荷的等势线．‎ ‎(1)图中已画出实验原理图的部分连线，请画出其余连线，使之能达到实验目的．‎ ‎(2)若实验装置安装正确，进行了正确的连线，并已按实验要求调节好A1(或A2)与B间的电压．画一线段连接A1、A2两极，在此线段上选三个基点a、b、c，且有A‎1a＝ab＝bc＝cA2.Mb是A‎1A2的中垂线，d是Mb上的一点．下列说法中正确的是(　　)‎ A．在S闭合前，滑动变阻器的滑动触头应移至D端 B．若将探针P按接在a点，电压表示数为U，当把P移至e点按接，电压表示数也为U，则a、e两点是等势点 C．若将探针P按接在b点，电压表示数为U，当把P移至d点按接，因b、d两点是等势点，所以电压表示数也为U D．若将探针P按接在a点，电压表示数为U，当把P移至c点按接，电压表示数一定为U 解析　(1)描绘两个等量同种点电荷形成的电场中等势线的分布情况，用作电极的金属小圆柱(带有接线柱)A1、A2应连接在一起与滑动变阻器的滑动触头相接．滑动变阻器的D端、电压表的负接线柱与电源负极相接．‎ ‎(2)若将探针P按接在b点，电压表示数为U，当把P移至d点按接，因b点电势高于d点电势，所以电压表示数应小于U，C错误．‎ ‎答案　(1)如图所示 ‎(2)ABD ‎1．在用电流场模拟静电场描绘电场等势线的实验中，所用的器材除了木板、白纸、复写纸、圆柱形电极、导线、电池、电键外，还必须有________、________和________．‎ 答案　导电纸　探针　灵敏电流表 ‎2．在描绘电场中等势线的实验中，所用的电源是(　　)‎ A．电压约6 V的直流电源 B．电压约6 V的交流电源 C．220 V的交流电源 D．220 V的直流电源 答案　A ‎3．图4为描绘电场中等势线的装置，所用的电流表中电流从哪一接 线柱流入，其指针就向哪一侧偏．在寻找基准点O的另一等势点 时，探针Ⅰ与O点接触，另一探针Ⅱ与导电纸上的c点接触，‎ 如图所示，电流表的指针向负接线柱一侧偏转，为了尽快探测到 新等势点，探针Ⅱ应由c点逐渐(　　) 图4‎ A．向上移动 B．向下移动 C．向左移动 D．向右移动 答案　AC ‎4．关于探测等势点的操作方法，下列说法中正确的是(　　)‎ A．将两个探针压在导电纸上同时慢慢移动，当看到电流表指针指零的时候，手就停止滑动，并把两个表笔的位置同时复印在白纸上，如此反复滑动，便可得到许多等势点，描出等势线 B．将探针Ⅰ始终与一个圆柱形电极接触，让探针Ⅱ在导电纸上慢慢移动，每发现电流表指针指零时，探针就停下来，并把该位置复印在白纸上，把这些位置用平滑曲线连在一起，就是等势线 C．将探针Ⅰ压在某一个基准点上，让探针Ⅱ在导电纸上慢慢移动，滑到一个位置，电流表指针无偏转时，这点就是该基准点的等势点，把这一位置复印在白纸上后，就以这一点为新的基准点，再探测新的等势点，依次在每侧得到5个等势点 D．将探针Ⅰ压在某一个基准点上，让探针Ⅱ在导电纸上慢慢移动，当电流表指针无偏转时，就找到了一个等势点，把这一位置复印在白纸上，然后用探针Ⅱ再探测新的等势点 答案　D ‎5．描绘电场等势线的实验中，在平整的木板上依次铺放白纸、复写纸 和导电纸．在导电纸上平放两个圆柱形电极A与B，分别与直流电 源的正、负极接好，如图5所示．若以A、B连线为x轴，A、B连 线的中垂线为y轴．将一个探针固定在y轴上的某一点，沿x轴移 动另一个探针，发现无论怎样移动，灵敏电流表的指针都不偏转，图5‎ 若电源及连线都是完好的，可能的故障是________________．将实验故障排除后，探针从BO间某处沿x轴向电极A移动的过程中，电流表中指针偏转的情况是______________________________．‎ 答案　见解析 解析　因为电源和连线都是完好的，而指针不偏转说明导电纸上无电流，问题应出在导电纸上，所以可能的故障是导电纸放反了．沿BA方向，电势逐渐升高，BO段上各点电势低于y轴上各点电势，OA段上各点电势高于y轴上各点电势，所以指针偏转情况是偏角逐渐减小到0，再反向偏转逐渐增大．‎