1、甘肃省会宁县第四中学 杨继军 - 1 -实验十二 用描迹法画出电场中平面上的等势线（一）实验目的1. 用描迹法画出电场中一个平面上的等势线。2.深化理解两个等量异种电荷的电场的等势面、电场线的分布。（二）实验原理直接描绘静电场中的等势线是相当困难的，由于静电场和电流场遵循的规律相似，这里用在导电纸上形成的电流场模拟静电场进行实验，从而研究电场中一个平面上的等势线分布情况。我们知道，若灵敏电流计接入电路中而无电流通过，则灵敏电流计两电极接触的电势就相等。根据这个道理找出电场中的等势点，再把一系列的等势点连成平滑曲线，就描绘出了电场平面上的等势线。（三）实验器材等势线描绘实验器、白纸、复写纸、导电
2、纸、导线、学生低压直流电源（或电池组） 、探针两根、灵敏电流表。有关灵敏电流表的几点说明：1.灵敏电流表只能用来检查微弱电流，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，又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.电流表不能长期连在电路中，停止实验时，即断开电路，以保护电流表。（四）实验步骤1.安装（1）依次使白纸、复写纸、导电纸穿过螺杆，并靠在塑料板上，其中导电纸上有导电物质的一面向上。（2）将两个圆柱形的铜电极 A、B 分别套在螺杆上，并用螺母拧紧，使圆
3、柱形电极跟导电纸有良好的接触。（3）将两个圆柱形电极 A、B 分别跟直流电源的正极和负极相连，与电源正极相连的 A电极相当于正电荷，与电源负极相连的 B 电极相当于负电荷。两电极间距离约为 10cm，与图 1甘肃省会宁县第四中学 杨继军 - 2 -两电极相连的直流电源电压约为 6V，如图 1 所示。2.选基准点在两电极的连线上，选取间距大致相等的五个点 a、 b、 c、 d、 e 做为基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上。3.探测等势点（1）从灵敏电流表的两根接线柱上引出两个探针，将两探针触接一下两电极A、B，观察电流表指针偏转方向，掌握指针偏转方向与通过的电流方向间的关系。（触接两电极时
4、，时间一定要短，动作要快，以免损坏电流表）（2）左手持探针（）跟导电纸上的某一基准点 a 接触，然后在导电纸上两电极连线的一侧，距基准点约 1cm 处再找一点，右手持另一探针（）在这一点跟导电纸接触（一般地电流表指针有偏转） ；移动探针（）在导电纸上的位置，直到找到某一点 a1，使探针（）跟 a1 点接触时，电流表指针不偏转（指在中央零刻度） ，用探针将 a1 点位置复印在白纸上，a 1 点就是与基准点等电势的一个点。用这种方法，在基准点 a 两侧各探找出 48 个等势点，相邻等势点大约相距 1cm。（3）用同样的方法，探测出另外b、 c、 d、 e 四个基准点的等势点。4.画出等势线取出白纸
5、，将五组等势点分别用平滑的曲线连接起来，就得到电场在平面上的五条等势线，如图 2 所示。（五）注意事项1.使用的灵敏电流计，应选择零刻度在正中间的那种。2.安放导电纸时，导点面应朝上，且电极与导电纸的相对位置不能改变。3.寻找等电势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可贸然进行大跨度的移动，以免电势差过大，而使电流计烧坏。4.该实验模拟的是等量异种电荷电场的等势线，探测等势点不要靠近导电纸的边缘，因为导电纸边缘的等势线会变形。5.导电纸上所涂导电物质相当薄，应避免探针在导电纸上反复划动，而采用试触法确定等势点。6.电极与导电纸要良好接触，否则会严重影响等势线的形状。可选用一电压表先接在两
6、个电级上，读出电压表读数，再将电压表接在两电极附近的导电纸上，读图 2甘肃省会宁县第四中学 杨继军 - 3 -出电压表的示数，若二次电压表的示数基本相等，说明电极与导电纸有良好的接触；若二次电压表示数相差很大，则说明电极与导电纸接触不良，应予以调整。7.画等势线时，应划出平滑的曲线，而不能画成折线。（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，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，安装电机时要加以注意，可以在木板上垫 35 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，导电纸的电阻率应选
7、大于金属电极的电阻率才能使电极本身成为等势体；导电涂层要均匀，纸上导电性才能一致，否则会使测绘处的等势线产生畸变。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大的，直径约为 1cm 的。例题1.在“描绘电场中平面上等势线”的实验中，为尽量减小实验误差：（1）若有以下三种满偏电流不同、零刻度在中央的电流表可供选择，应选用 （ ）A.100A B.0.5A C.10A（2）若有三个输出电压不同的电源可供选择，应选用 （ ）A.1.0V B.6.0V C.12V（3）若有两种规格的塑料板，其两个圆柱形电极间距离不同，应选用 电极间距离稍 （填“大”或“小” ）的塑料板进行实验。答案：
8、（1）A （2）B （3）大解析：（1）量程越小越灵敏。（2）电源电压太大时有损坏电表的危险，电源电压太小，探测到的等势点误差较大。（3）两极距离较大时，相同长度上电压降低，探测到的等势点更准确。2.在用电流场模拟静电场描绘等势线的实验中（1）在下列所给的器材中，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；甘肃省会宁县第四中学 杨继军 - 4 -D.量程 00.5V，零刻度在刻度盘中央的电压表；E.量程 0300A，零刻度在刻度盘中央的电流表。（2）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（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 a、b 两点，如图 3 所示，则当此探针与 a 点接触时，电表的指针应 （填“左偏” 、 “右偏”或“指零” ） ；当此探针与 b 点接触时，电表的指针应 （填“左偏” 、 “右偏”或“指零” ）。答案：（1）B、E （2）导电纸；复写纸；白纸 （3）指零；指零图 3
