1、- 1 -实验十二 用 DIS 描绘电场的等势线三、 【学生实验】 用 DIS 描绘电场的等势线实验目的用描述法画出电场中一个平面上的等势线。实验器材DIS（数字信息系统） 、木板、白纸、复写纸、导电纸、图钉若干、电池、电键、圆柱形电极两个。实验原理用 DIS 的电压转感器探测等势点，用描迹法把等势点连接成等势线。实验步骤1、安装实验装置如图 9-19 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。在导电纸上方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
2、间的距离约为 10，电压为 46V。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个点作为基准点，并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，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在导电纸平面上找若干个与基准点的电势差为零的点， （）用探针把这些点压印在白纸上。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 1。（3）画等势线取出白纸，根据五组等势点画出五条平滑的曲
3、线，它们就是等势线（图 9-20）- 2 -自主活动：想一想，能不能根据这些等势线在白纸上画出两个异种电荷的电场线？画画看。自主活动：根据图 9-15，画出地球表面附近电场的电场线，判断地球表面带电的电性。十三、DIS 实验 描绘电场的等势线1、本实验的目的，是用 法画出电场中一个平面上的 线。2、本实验的原理是用在导电纸上形成的 场模拟 场来做实验的。3、图为实验装置及在导电纸上画出的等势线图。（1）实验中，将甲探针跟导电纸上某一基准点接触，判断乙徒针接触的点与基准点的电势差为零的依据是计算机显示屏上电压数值为 。（2）若电极 A 与电源正极相连，电极 B 与电源负极相连，C、g 两点的电势
4、分别为Uc、 Ug ，则 Uc Ug。 （填大于、等于或小于）（3）在图上画出表示两个异种电荷间的电场线。答案：十二 1.描迹 等势线 2.电流 3.（1）零 （2）大于 （3）图略十一、电场中等势线的描绘题 1 某同学为完成 “电场中等势线的描绘 ”实验，准备使用如图所示的实验器材，请回答下列各问：（1）如图所示实验器材中，A 、B 是 ，D 是 ，E 1、E 2 是 。（2）如图所示中 C 是铺在木板上的导电纸、白纸和复写纸，这三种纸自下而上铺叠的顺序是 。（3）本实验的原理是利用 纸上形成的 场来模拟静电场。因此对所模拟的静电场来说，图中的 A 相当于 ，B 相当于 。解：（1）两个圆形
5、电极，灵敏电流表，两个探针。（2）白纸、复写纸、导电纸（涂导电物质的一面向上） 。- 3 -（3）导电、稳恒电流的电流、正电荷、负电荷。本实验的原理是利用稳恒电流的电流场模拟静电场，A 、B 电极间加电压后，电流从A 经导电纸流向 B，导电纸上的电流分布与等量异种电荷产生的静电场是相似的，因而通过测导电纸上的电势相等的点可以描绘出电场中一个平面上的等势线的分布图。题 2 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：当电流从正接线柱流入电表 D 时，指针偏向正接线住柱一侧，某同学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 E1 触在基准点 2 上，把
6、接负接线柱的 E2 接触在纸上某一点，如图所示，若发现电表的指针发生了偏转，该同学移动 E2 的方向正确的是（ ） 。A. 若电表的指针偏向正接线柱一侧， E2 向右移动B. 若电表的指针偏向正接线柱一侧，E 2 向左移动C. .若电表的指针偏向负接线柱一侧，E 2 向右移动D. 若电表的指针偏向负接线柱一侧， E2 向左移动解：选 B、C 。由题设知：当电流从正接线柱流入电表时，指针偏向正接线柱一侧，所以 A、B 选项中电流是从正接线柱流入电流表的，即电流从 2 基准点流进探针 E1，流经电流表，从 E2 探针流出，故 2 基准点的电势高。又因为 A 电极柱接电源正极，所以探针 E2 应向高
7、电势处移动才可能找到 2 基准点的等势点。即向左移动。C、D 选项中电流是从负接线柱流入电流表的，即电流从探针 E2 流入电流表从 E1 探针经基准点 2 流出，故基准点 2 的电势低，所以探针 E2 应向低电势处移动才可能找到 2 基准点的等势点，即向右移动。题 3 在“描绘电场中等势线”的实验中，有如下一些操作步骤：A. 在导电纸上画出电极间连线；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，可找出一系列等电势点；C. 在平板上先铺上白纸，在铺上复写纸，然后在铺上导电纸；D. 安好电极，接好电路；E. 在两电极 a、b 的连线上，等距离地取五个基准点 c、d、e
8、、f 、g，并复印在白纸上如图所示；F. 电流表的一个探针接触某个基准点不动，另一个探针缓慢地移动到电流表不偏转时，复印一点，即可找出许多等电势点；G. 闭合电键。上述步骤合理操作顺序为 。解：C、D、A、E、G、F。不能进行 B 步骤的操作，因为在导电纸上移动的探针与另一个探针所接的电极很远时电流较大，容易损坏电流计。题 4 描绘电场中等势线的实验装置如图所示，如果以 A、B 两个电极连线为 x 轴，以 A、B 连线的中垂线为 y 轴，并将一个探针固定在y 轴上的某一点，合上电键 S，而将另一探针由 x 轴的 B 电极处沿轴向右移动到 A 电极的过程中，灵敏电流表 G 的指针偏角是 。 （填
9、大小变化情况）- 4 -解： 先由大到小，然后由小到大。由题意知，B 电极相当于负电荷， A 电极相当于正电荷，x 轴即为等量异号电荷连线，y 轴即为等量异号电荷连线的中垂线，灵敏电流表指针偏角表征的是两探针所在位置处两点间的电势差。当另一探针沿 x 轴从 B 电极处向右移动到 A 电极处的过程中，因 y 点电势为零（等势线延伸至无限远） 。x 轴的负半轴上各点的电势低于零，且距坐标原点越远的点电势越低，和 y 轴的电势差越大，离坐标原点越近的点电势越高，越接近于零。因此在 x轴上的探针在由 B 移至坐标系原点的过程中表的指针偏角由大变小，直至为零。在 x 轴的正半轴上的各点的电势都高于零，且
10、距坐标系原点越远的点电势越高，和 y 轴上各点的电势差越大，反之电势越低。和 y 轴的电势差越接近于零。因此在 x 轴上移动的探针过坐标系原点之后，继续向 A 点移动的过程中，两探针间的电势差逐渐增大，表的指针的偏角也会从零开始逐渐增大。注 电流表指针偏角的大小取决于两探针间的电势差； 在电流表指针偏角由大到小 1 2和由小到大两过程中，指针的偏转方向是相反的。题 5 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， （1）应该选用的是 （用器材前的字母表示）A、6V 的交流电源B、6V 的直流电源C、100V 的直流电源D、量程 00.5V，零刻度在刻度盘中央的电压表E、量
11、程 0300uA，零刻度在刻度盘中央的电流表（2）在实验过程中，两电极间的距离约为 cm,在两电极间应等间距的取 个基准点。（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。如图所示，则当此探针与 a 点接触时，电表的指针应 （左偏，指零，右偏） ；当此探针与 b 点接触时，电表的指针应 （左偏，指零，右偏）解（1）B、E（2）10、5（3）指零、指零本实验利用灵敏电流表指针的偏转情况可以判断电场中两点的电势高低，根据两等势点间不会产生电流的规律可知，当电流表的指针不偏转时，跟电流表相连的两个探针相接触的两点电势
12、相等。题 6“电场中等势线的描绘”实验中有关注意事项的下列说法，正确是（ ）A、注意各种纸的铺放的顺序，只要把导电纸在最上面就行了B、在实验过程中，电极与导电纸的相对位置不能改变C、两个电极应与导电纸接触良好D、为了保护灵敏电流表，在探针探测等势点时，两探针间距不能太大解 选 B、C、D本实验是利用在电极间加上恒定电压后，电流在导电纸上分布产生的恒定电流场来模拟静电场，这就要求除注意各种纸的铺放顺序外，还要注意让导电纸有导电物质的一面向上放置，并使电极与导电纸接触良好，故 A 错、C 正确实验中为描绘一个平面上等势线的分布图，要求电极和导电纸的相应位置不能改变。因为电场中各场点的电势是由场源和
13、场点的位置决定的，故选 B- 5 -在探测等势点时，若两探针间距太大，回造成有较大电流通过灵敏电流表而损坏电流表，D 也正确。题 7 在电场中等势线的描绘的实验中，如改用电压表代替灵敏电流表，该如何找出势点？解 因电压表测量的是两点间的电势差，故可把电压表的一端的探针接在电极上，另一端的探针在各基准点及其周围各点测量，电压表度数相等的点为等势点。由于电压表的内阻一般都很大，因此内阻对原来恒定点流场的分布情况的影响可忽略不计。题 8 在电场中等势线的描绘实验中，在测定所有需要的等势点后，要连接这些等势点描出等势线，然后还要根据这些等势线描出电场线，在描线的过程中应注意：A. 笔尖要细B. 曲线要
14、圆滑，不能描成折线C. 要用虚线和实线把等势线和电场线分开D. 描绘应根据实验的实际检测所作曲线是否合理，如过两电极中点的等势线是否是过两电极连线中点的中垂线，该等势线两侧的等势线是否对称，以检查实验中误差的大小，除上述各点之外，在描绘电场线时尤其应注意的是 。解 要保证电场线和等势线垂直。题 9 在电场中等势线的描绘的实验中，先在导电纸上画出电极 a.b（模拟点电荷）的连线，在连线上选取间距大致相等的 5 个点 c.d.e.f.g.如图所示，G 为灵敏电流表，甲、乙为两探针，则实验中（ ）A 探针甲不动，移动乙B 探针乙不动，移动甲C 电流计示数为零时说明电流表断路D 图中虚线表示电力线解
15、选 A本实验是根据当灵敏电流表指针不偏转时，与灵敏电流表相连的探针接触的两点电势相等的原理来找等势点的。具体操作时，应使一探针接触某个基准点不动，另一探针在基准点上、下两侧缓慢地移动，电流计不偏转时，复印下一点，就可找出许多等电势点，故 A 正确而 B 错误。C 选项电流计示数为零，说明两探针接触的两点间电势差为零而非断路，故 C 错。D 选项中虚线所示为等势线而非电力线，故 D 错。题 10 电场中等势线描绘中，根据不同的实验原理应相应选取不同的测量电表，下列选择正确的是（ ）A. 若用“等电势差”描绘等势线，用电压表B. 若用“等电势差”描绘等势线，用电流表C. 若用“等电势”描绘等势线，用灵敏电流表D. 若用“等电势”描绘等势线，用电压表解 选 A.CA,选项中利用电压表描绘等势线时，注意要将电压表的一端接在电极上，另一端接探针，使探针在各基准点及其周围各点测量，电压表示数相等的点位等势点。C 选项中利用灵敏电流表描绘等势线时，注意要将灵敏电流表两端连接两探针，使其中一探针接触某个基准点不动，另一探针在基准点两侧缓慢地移动，直至电流表指针不偏转，这样的各点与基准点为等势点。- 6 -
