8实验十 用描迹法画出电场中平面上的等势线

实验用描迹法画出电场中平面上等势线【实验目的】学习描绘电场中等势线的方法。

【实验器材】塑料板，白纸，复写纸，导电纸，学生电源，电极，电键，导线，电流表及探针，刻度尺，图针。

【实验步骤】1．〖安装器材〗在塑料板依次使白纸、复写纸、导电纸穿过固定在板上的螺杆，将两个圆柱形铜电极A、B分别套在螺杆上，并用螺母拧紧。

导电纸有导电物质的一面要朝上，并保持圆柱形电极与导电纸良好接触。

如右图。

2．〖连接电路〗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，两个电极之间的距离约为10厘米，电压约为6伏。

再从一个灵敏电流表的两个接线柱引出两个探针。

把两个探针分别跟导电纸上的两点接触，如果灵敏电流表的指针发生偏转，表示这两点的电势不相等；如果指针不发生偏转，表示这两点的电势相等。

3．〖选基准点〗先在导电纸上画出两个电极的连线，在连线上选取间距大致相等的a、b、c、d、e五个点作基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上。

4．〖找等势点〗将两个探针分别拿在左右手中，用左手中的探针压在a点处，然后在这一基准点的一侧距此基准点约1厘米处再选一个点，在此点将右手的探针跟导电纸接触，此时如电流表的指针发生偏转，就左右移动右手探针的位置，直至找到一点a1，使电流表的指针不发生偏转，说明该点跟基准点的电势相等，用探针把这个点的位置复印的白纸上。

照上述方法在此基准的两侧，探出五个等势点，各点大约相距约1厘米。

5．〖找其他等势点〗按上点的方法，探测出另外四个基准点的等势点。

6．〖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，它们就是五条等势线。

【注意点】⑴本实验是一个探索性实验，类似于画平抛运动的轨迹实验，用电流场模拟静电场描绘电场中的等势线。

实验要选用6V的直流电源，用电源正负极所接的电极表示正、负电荷，并把电极放在导电纸上。

⑵验中要学习选点（基准点）和找点（等势点），以及如何把点复印到白纸上⑶等势点是本实验的关键，实验中使用灵敏电流表的电流＝0时表示它的探针所按的两点电势相等，再通过等势点画平滑的曲线表示等势线。

实验用描迹法画出电场中平面上的等势线教案教案：用描迹法画出电场中平面上的等势线一、教学目标：1.了解电场的概念和性质；2.熟悉描迹法绘制等势线的基本步骤；3.能够运用描迹法绘制电场中平面上的等势线。

二、教学准备：1.课件：电场概念和性质的介绍；2.实验器材：图纸、纸带、金属导线、电源、电磁铁等。

三、教学过程：1.导入（15分钟）：教师通过课件介绍电场的概念和性质，向学生提出问题：如何确定电场中不同位置的电势大小？2.实验操作（30分钟）：步骤1：准备实验器材，包括图纸、纸带、金属导线、电源、电磁铁等。

步骤2：将图纸固定在水平台上，并固定一个金属导线在中央位置上，使其可以围绕一个点旋转。

步骤3：将纸带固定在导线上，并将导线与电磁铁连接。

步骤4：开启电源，通过调节电流大小控制磁场的强弱，观察纸带的运动轨迹。

步骤5：记录纸带上的点坐标，并通过计算电势的方法得到不同位置的电势值。

3.实验讨论（20分钟）：学生根据实验结果，进行讨论：1）纸带的运动轨迹是否与电磁铁的位置有关？2）纸带上的点是否对应着等势线上的点？3）如何通过实验结果确定不同位置的电势大小？教师根据学生的讨论，引导学生得出结论：纸带上的点对应着等势线上的点，可以用纸带的运动轨迹描绘出等势线。

4.教学总结（10分钟）：教师总结描迹法绘制等势线的基本步骤：步骤1：通过实验得到不同位置的电势值。

步骤2：根据已知电势值，确定纸带上的点位置。

步骤3：将纸带上的点连接起来，得到等势线。

5.练习反馈（15分钟）：让学生模拟实验，根据给定的电势值，在纸上描绘出等势线。

四、教学延伸：1.通过调整实验中的参数（如电磁铁的位置、电流大小等），观察等势线的变化，探究电势分布的规律。

2.提出一个新的实验问题：如何确定电场中不同位置的电场强度大小？并设计相关实验，引导学生继续深入探究电场的性质。

五、教学反思：1.本实验通过描迹法的操作，让学生亲自感受等势线的存在和描绘过程，有利于加深对电场的理解。

用电压表能不能做“用描迹法画出电场中平面上的等势线”实验【摘要】用电压表做“用描迹法画出电场中平面上的等势线”实验，得到的实验结果不能令人满意。

而用灵敏电流表或示波器做该实验，才是可行的实验方法。

【关键词】电压表灵敏度电流表示波器在很多高三复习资料中，或在网上百度搜索，都介绍有用电压表描绘电场中平面上等势线的实验方法。

到底能不能用电压表描绘电场中的等势线呢？我们先来了解资料、网上介绍的用电压表描绘电场中平面上等势线的方法。

其大体做法如下：图1为用电压表描绘等势线电路图，取一个6V的直流电源接在A、B两个圆形电极上，令负极的电势为0V，分别在导电纸上取电势为1V、2V、3V、4V、5V的五个基准点。

因电压表量程大，为了减小读数误差，需要电压表示数较大，故保持一个探针与负电极接触，另一探针移动找出多个电压为1V的点，将这些点平滑连起来则得到一条电势为1V的等势线，依次类推可得到电势为2V、3V、4V、5V的等势线。

图2则是课本描绘等势线的电路图，实验时保持一个探针与基准点接触，另一探针在导电纸上移动找出电压为0的点，即为与基准点等电势的点，将这些点平滑连结就得到等势线。

可以看出，两个实验方法的区别实质是电压表量程大故需要将示数“放大”来找等势点，而用灵敏电流表则可以用0读数找出等势点。

为了验证用电压表描绘等势线的实验方法是否可行，我决定抽取部分学生来做这个实验。

考虑到高二、高三年级的学生已做过用灵敏电流表描绘等势线的实验，为了避免这些学生先入为主地做实验，我找了高一年级的10名学生来进行该实验。

实验所用电压表为浙江临海生产的J0408型电压表，5名学生用3V量程做实验，5名学生用15V量程做实验。

实验结果显示，用3V量程做实验的5名学生描绘得到的等势线较接近课本的等势线图，而用15V量程做实验的5名学生描绘得到的等势线图很不理想。

为此，笔者也进行了用15V量程电压表描绘等势线实验，发现误差确实很大，以找中点3V的等势点为例，当探针在电极AB连线中点上方大约1cm处时，平行AB左右移动探针2mm范围内看到电压表读数都约是3V，读数基本没有变化，因而可以断定15V量程电压表描绘等势线实验方法不可行。

实验十：用描迹法画出电场平面上的等势线【实验播放】1、实验目的：(1)知道本实验是在利用恒定的电流的电场来模拟静电场。

(2)学会使用灵敏电流表，会确定指针偏转方向与电流方向(电势高低)的关系，理解用灵敏电流表寻找等势点的原理。

(3)会由基准点和等势点画出等势线的分布，会由等势线的分布画出电场线的分布。

2、实验原理：由于直接描绘静电场中的等势线非常困难，所以本实验利用导电纸中的恒定电流场模拟静电场，当在场中与导电纸接触的两探针尖端的电势差为零时，与探针相连的电流表中电流强度为零，从而可以通过探针找出电流场中的等势点，并依据等势点描出等势线。

3、实验器材学生用低压电源或电池组；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。

4、实验步骤(1)安装器材：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，再用图钉把它们一起固定在木板上(如图1所示)，在导电纸上放两个跟它接触良好的圆柱形电极，两极间距离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。

(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左右再选一个点，用右手拿着的探针跟导电纸接触，这时一般会看到电流表的指针有偏转，小心移动探针位置，直至找到一点，使电流表的指针没有偏转，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，在这个基准点的两则，各探测出五个等势点，每两个等势点大约距1 cm ，用同样的方法，探测出另外四个基准点的等势点。

5、数据处理取出白纸，根据五组等势点画出五条平滑的曲线，它们就是实验所需要描绘的等势线。

描绘出的等势线必须是平滑的曲线，不能画成折线6、注意事项(1)在木板上铺纸的先后顺序是白纸、复写纸、导电纸，并且导电纸有导电物质的一面(黑色)朝上，且两个电极和几层纸的相对位置不变．(2)电极与导电纸的接触应该良好，否则会影响实验正常进行．(3)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．(4)寻找等势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可以大跨度地移动，以免电势差过大，发生电流表过载现象．(5)绝不允许将两探针分别同时触到电极，以防烧坏电流表；(6)鉴于导电纸边缘处的等势线会变形，探测等势点不要靠近导电纸的边缘；(7)描绘的等势线必须是平滑曲线，不应画成折线．7、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因素之一，对此，安装电极时要加以注意，可以在木板上垫几张白纸．(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．导电纸的电阻率应远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，否则会使测绘出的等势线产生畸变．(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1cm的磨平铜柱两只．【试题解析】例1 在“电场中等势线描绘”的实验中，每相差一定的电势就画一条等势线，那么这些等势线在空间的分布是( )．A．以两极连线为轴的轴对称图形D．以两电极连线的中垂线为轴的轴对称图形C．以两电极连线的中点为中心的中心对称图形D．各等势线之间的距离相等E．距电极越近，等势线越密集解析等量异种电荷电场的等势线以电荷为参照点非常有规律地排列着．它们是以电极连线的中垂线(可规定为零等势线)为对称轴两边对称的图形，正、负电荷也处于对称位置．这个对称图形的基础必须是相等电势差的等势线，如果不是相差一定的电势差来任意画等势线，则没有上述对称关系．另一种对称是以两电荷的连线为对称轴，上面一半等势线和下面一半等势线相对称，这也是一种轴对称关系．答案为AB．例2如图2所示为描绘电场中平面上等势线的装置，图中A、C、P、D、B等相邻两点间距相等，其中A、B为金属圆柱．当电流从正接线柱流入电流表G时，其指针向正接线柱一侧偏转。

高三物理一轮授课提纲九、电场（6）[课题] 实验：用描迹法画出电场中平面中的等势线、示波器的应用[教学目标]1、掌握用描迹法画出电场中平面中的等势线的原理、器材2、熟悉示波器的工作原理、面板按钮的使用方法[知识要点]一、用描迹法画出电场中平面的等势线1．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，从而研究电场中一个平面上的等势线分布情况．我们知道，若检流计接入电路无电流通过，则检流计两电极接触处就是等电势点，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．2．器材：电源、平木板、园柱形电极、白纸、复写纸、导电纸、探针、电键、导线、图钉等。

3．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，导电面应朝上．且电极与导电纸的相对位置不能改变．③寻找等电势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可冒然进行大跨度的移动，以免电势差过大，发生超过电流计满偏电流的现象．④该实验模拟的是等量异种点电荷电场的等电势线．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导电纸上所涂导电物质相当薄，故在定位时不应用探针在导电纸上反复划动，应用点接触法．4．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，安装电极时要加以注意，可以在木板上垫3—5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，导电纸的电阻率应远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，否则会使测绘出的等势线产生畸变．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为1cm的磨平铜柱两只二、示波器1、工作原理：示波器是一种常用的电子仪器，常用电子示波器的内部核心部件是示波管，示波管是由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空，如图所示，在x、y轴有互相垂直的两对偏转电极．当两对电极上都没有加电压时，电子束从金属板小孔射出将沿直线传播，打在荧光屏上，在屏上产生一个亮斑．若在x轴上的偏转电极上加扫描电压，亮斑看起来就像一条水平亮线；若在y轴上的偏转电极上加按正弦规律变化的电压，在x轴的偏转电极上加扫描电压，且后者的周期是前者的整数倍，荧光屏上就显示出正弦曲线．2、注意事项：①示波器的机箱与机内电路接地点相连接，为了安全及减少外界环境对仪器的干扰，应将机壳接地．②示波器使用时应注意调节辉度适中，不宜过亮，且光点不应长期停留在某一点上．关机前应先将辉度关灭．[解题指导][例1]用电流模拟静电场描绘电场中的等势线，下列哪些情况是能够实现的（）A、如图（a），圆柱形电极AB 均接电源正极，用以模拟等量正电荷的电场．B、如图（b），圆柱形电极A接电源正极，圆环形电极B接电源负极，用以模拟正点电荷的电场．C、如图（C），两平行的长条形电极分别接电源正、负极，用以模拟匀强电场．D、如图（d），圆柱形电极A接电源负极，用以模拟负点电荷的电场．[例2] (1)在示波器荧光屏上观察到的波形如图a所示，要把波形变成如图b所示的样子，则可以调节面板上的（）．A．“y增益”旋钮B．“X增益”旋钮C．“Y位移”旋钮D．“X增益”与“Y增益”(2)在开启或关闭J2459型学生用示波器的电源开关前，应把（）A．辉度旋钮顺时针旋到底B．辉度旋钮逆时针旋到底C．X、Y增益旋钮置于最大位置D．衰减旋钮置于最低挡[例3] 如下图所示，图①是示波管的原理图，它是由电子枪、竖直偏转电极YY'、水平偏转电极XX'，和荧光屏组成，电子枪发射的电子打在荧光屏上将出现亮点．若亮点很快移动，由于视觉暂留关系，能在荧光屏上看到一条亮线．(1)如果只在偏转电极YY'上加上如图③所示U y= U m sinωt的电压，试由图②证明荧光屏上亮点的偏移也将按正弦规律变化，即y'=y m sinωt并在荧光屏图④中画出所观察到的亮线的形状．（设偏转电压频率较高）(2)如果只在偏转电极XX' 上加上如图⑤所示的电压，试在⑥上画出所观察到的亮线的形状．(3)如果在偏转电极YY'上加上U y= U m sinωt的电压，同时在偏转电极XX' 上加上图⑤所示的电压，试在图⑦上画出所观察到的亮线的形状．[解题指导]1、《电场中等势线的描绘》的实验装置如图所示①图中电源应是约_________________V的直流电源；②在平整的木板上，由下而上依次铺放____纸、_____纸、____纸各一张，且导电纸有导电物质的一面要朝______（选填“上”或“下”）；③若由灵敏电流表的两个接线柱引出的两个表笔（探针）分别接触图中d、f两点（d、f连线和A、B连线垂直）时，指针向右偏（若电流从红表笔流进时，指针向右偏），则电流表的红表笔接触在___________点；要使指针仍指在刻盘中央（即不发生偏转），应将接f的表笔向________（选填“左”或“右”）移动．④在实验中，若两表笔接触纸面任意两点，发现电流表指针都不发生偏转，可能的原因是________________2、①试在图中，把示波器面板上的旋钮和开关分成电子束发射的调节、竖直方向上的调节、水平方向上的调节3个区域．在进行开机练习时，先把辉度调节旋钮________旋到底，垂直位移和水平位移旋钮旋到________位置，衰减旋钮置于最___________挡，扫描范围置于_______挡．打开__________指示灯亮，进行预热．②设电源开关已经打开并已预热完毕，光点的亮度适中，光点已经是最圆、最小．把你在寻找扫描线、调节水平幅度大小的练习中，操作时所用到的各个旋钮的名称和观察的现象，按操作顺序填入下边的空格中：1．把__________旋钮顺时针旋到1／3处:2．____________旋钮反时针旋到底；3．____________旋钮置于低挡．完成上述三步以后，可以看到扫描情形，即光点从左向右_______，到右端后又很快_________左端；4．顺时旋转___________旋钮以增大扫描频率，可以看到光点迅速移动成为__________；5．调整___________旋转，可以看到亮线长度的改变．3、以下是练习使用示波器的几个实验：A．在观察光屏上的亮斑实验中，在打开电源开关之前，应先把“辉度调节旋钮”反时针转到底，“衰减调节旋钮”应置于最高档．B在观察亮斑在竖直方向的偏移实验中“DC、AC”开关应置于“DC”位置C在观察按正弦规律变化的电压的图线实验中，可由机内提供竖直方向的按正弦规律变化的电压，应把“衰减调节旋钮”置于“[∞]”档D．在练习以上三个实验中，开机前“扫描范围旋钮”全部应置于“外X”档以上说法错误的选项有_______________.。

避躲市安闲阳光实验学校第四节 用描迹法画出电场中平面上的等势线练习使用示波器 【考点透视】一、考纲指要1．实验：用描迹法画出电场中平面上的等势线 2．示波管，示波器及其应用1．利用灵敏电流计找出等势点。

例1 2．正确进行实验操作，例2 3．示波器的了解，例3 【典例精析】例1.如图图9—1为描述电场中等势线的装置，图中A 、N 、C 、D 、B 间距相等，其中A 、B 为金属圆柱，当电流表从正接线柱流入G 表时，其指针向正接线柱一侧偏转。

（1）当G 表指针 时，说明探针所接触的两点是等势点。

（2）当探针I 接在D 点，探针II 接在某点时，G 表指针偏向负接线柱一侧，为了寻得等势点，探针II 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G 表指针 指零 时，说明探针所接触的两点是等势点。

（2）G 表指针偏向负接线柱一侧，说明电流是从负接线柱流入G 表，即是由D 点流入。

此时探针II 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降低。

要使探针II 与的触点与I 接在的D 点等势，应将探针II 向右移动。

例2.（2004全国4卷22题）图9—2中给出器材为：电源E （电动势为12V ，内阻不计），木板N （板上从下往上依次叠放白纸、复写纸、导电纸各一张），两个金属条A 、B （平行放置在导电纸上，与导电纸接触良好，用作电极），滑线变阻器R （其总阻值小于两平行电极间导电纸的电阻），直流电压表○V （量程为6V ，内阻很大，其负接线柱与B 极相连，正接线柱与探针P 相连），开关K 。

现要用图中仪器描绘两平行金属条AB 间电场中的等势线。

AB 间的电压要求取为6V 。

（Ⅰ）在图中连线，画成实验电路原理图。

（Ⅱ）下面是主要的实验操作步骤，将所缺的内容填写在横线上方。

a . 接好实验电路。

b. 。

c. 合上K ，并将探针P 与A 相接触。

d. 。

e. 用探针压印的方法把A 、B 的位置标记在白纸上。

《电场中平面上的等势线》描迹法教学设计【教学目标】1．学会用描迹法画出电场中平面上的等势线，加深对静电场、电势等概念的理解。

2．强化“等效代替法”是进行物理研究的重要方法。

3．培养学生实验的主动性、规范性和科学、严谨的实验素养。

【教学重点、难点分析】本实验是用恒定电流的电场来模拟真空中的静电荷电场、用灵敏电流计的电流指示为零来寻找等势点的方法，描绘出恒定电流电场中平面上的等势线，借以研究静电场的情况。

因此本节课的教学重点就寻找等势点。

由于场的抽象性，“电流场”为什么可以代替“静电场”便构成教学难点。

所以本节课的关键就是如何设计思维梯度，帮助学生建立起等效代替的思想。

同时在实验操作过程中，注意实验方法、操作技巧等能力的培养。

【教学方法】采用引导一一讨论——操作——总结的教学模式。

【教具】（器材）1．导电纸、复写纸、记录纸（白纸）。

2．塑料板（或用平木板）。

3．学生电源（6~8V蓄电池或4节干电池）。

4．圆柱形电极（3个）。

5．棒形电极（约10cm长金属棒2根）6．环形电极（直径约5~8cm左右的金属环）。

【教学过程】实验一：模拟异种电荷电场，描绘等势线。

（一）实验预习（课前完成）阅读课文内容，总结本实验的实验原理，所需要的器材及操作方法、步骤，并思考如下问题：1．本实验为什么可以用恒定电流的电场来模拟静电场？2．为什么要选取基准点？为什么要选取5个基准点？如何选取基准点？3．找等势点能否递次参照这个等势点去寻找下一个等势点？（二）交流讨论预习内容提问：本节课的实验内容是什么？实验原理是什么？借以引入课题。

本实验的目的是要研究异种点电荷周围的等势线，但直接描绘静电场的等势线比较困难，由于静电荷周围的电场和恒定电流的电场相似，故本实验采用等效代替的方法，用恒定电流的电场来模拟静电场。

所谓等效代替就是用能帮助我们分析、解决问题的方法替代解决无法直接办到的事情。

如曹冲称象和阿基米德测定皇冠纯度的故事，就是非常典型的等效代替实例。