上海物理高考:用DIS描绘电场的等势线
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用DIS描绘电场的等势线(学生实验)一、实验目的用描迹法画出电场中一个平面上的等势线二、实验原理用DIS的电压传感器探测等势点,用描迹法把等势点连接成等势线。
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,与探针相连的电压传感器的示数为零,从而可以利用电压传感器找出导电纸上的等势点,并依据等势点描绘出等势线。
三、实验器材DIS、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、导线、电压传感器。
四、实验步骤1. 安装实验装置在平整的木板上依次铺上白纸、复写纸、导电纸。
将导电纸的导电面朝上,用图钉将它们固定好。
在导电纸上放两个与它接触良好的圆柱形电极,将电极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10cm,电压为4—6V。
将两探针通过电压传感器连接到数据采集器的输入口。
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,并用探针印在白纸上。
(2)探测等势点将两个探针分别拿在左右手中,用左手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,用探针把这些点一一压印在白纸上,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1cm。
(3)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。
五、注意事项1. 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.2. 寻找等电势点时,应从基准点附近由近及远地逐渐推移,不可大跨度地移动,以免电势差过大.3. 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.【例1】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①②③。
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,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”).【例2】“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的实验中,采用的装置如下图甲所示。
高三物理电场线和等势面试题答案及解析1.如图所示是阴极射线示波管的聚焦电场。
实线为电场线,虚线为等差等势线。
a、b、c为从左侧进入聚焦电场的电子运动的轨迹上的三点。
不计电子的重力,则A.电场中a点的电势高于c点的电势B.电子经a点的动能大于经c点的动能C.电子经b点的加速度大于经c点的加速度D.电子经b点的电势能大于经c点的电势能【答案】CD【解析】沿电场线方向电势降低,故a点的电势低于c点的电势,A错误;电子由a点运动到c点的过程中,电场力做正功,电势能减小,动能增大,故B错误D正确;等差等势面密集处电场强度大,故电子受到的电场力大,加速度大,故C正确。
【考点】电场线、等势线2.如图所示,不带电的金属球A固定在绝缘底座上,它的正上方有B点,该处有带电液滴不断地自静止开始落下,液滴到达A球后将电荷量全部传给A球,设前一液滴到达A球后,后一液滴才开始下落,不计B点未下落带电液滴对下落液滴的影响,则下列叙述中正确的是()A.第一滴液滴做自由落体运动,以后液滴做变加速运动,都能到达A球B.当液滴下落到重力等于电场力位置时,开始做匀速运动C.所有液滴下落过程所能达到的最大动能不相等D.所有液滴下落过程中电场力做功相等【答案】C【解析】第一滴液滴下落时,A上不带电,故不受电场力作用,只受重力,所以做自由落体运动,以后的液滴在下落过程中,将受电场力作用,且在靠近A的过程中电场力咋最大,所以做变加速运动,当A电荷量较大时,使得液滴受电场力大于重力时,液滴有可能不能到达A球,所以A错误;当液滴下落到重力等于电场力位置时,再运动重力将不等于电场力,所以不会做匀速运动,故B错误;每滴液滴在下落过程中A带电荷量不同,故下落液滴动能最大的位置不同,此时合外力做功不同,最大动能不相等,所以C正确;每滴液滴在下落过程中A带电荷量不同,液滴受电场力不同,电场力做功不同,所以D错误。
【考点】本题考查带电体在电场中的运动、电场力做功3.一带电粒子射入一固定的正点电荷Q的电场中,沿如图所示的虚线由a点经b点运动到c点,b点离Q最近.若不计重力,则()A.带电粒子带正电荷B.带电粒子到达b点时动能最大C.带电粒子从a到b电场力对其做正功D.带电粒子从b到c电势能减小【答案】AD【解析】轨迹弯曲的方向大致指向合力(电场力)的方向,知电场力向左,该粒子带正电.故A正确.电场力从a点经b运动到c,先做负功再做正功,根据动能定理,动能先减小,后增大.b点动能最小.故B错误.带电粒子从a到b,电场力做负功.故C错误.带电粒子从b到c,电场力做正功,电势能减小.故D正确.故选AD.【考点】电场强度;物体做曲线运动的条件;电势能.点评:解决本题的关键掌握根据轨迹的弯曲方向判断出合力的方向,以及根据电场力做功判断出电势能的变化.4.一个负点电荷仅受电场力的作用,从某电场中的a点由静止释放,它沿直线运动到b点的过程随位移x变化的关系图象如图所示,则能与图线相对应的电场线分布图是中,电势能EP【答案】D随位移x变化的关系图象可以看出,电势是逐渐变小的,且变化越来越慢,【解析】从电势能EP说明电场力做正功,与运动方向相同,且场力越来越小,电场强度越来越小,D正确,ABC错误。
DIS 描绘电场等势线实验目的:用描迹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 、图钉、白纸、复写纸、导电纸、圆柱形的铜电极、导线、电池组 电键 .说明:本实验是模拟实验。
用导电纸上形成的稳恒电流场来模拟静电场 实验方法:描迹法小组实验一:描绘等量异种电荷电场的等势线实验操作:1.器材安装 2.基淮点选取 3.等势点探测问题1:相邻等间距基准点间的电势差相等吗?通过实验验证结果。
通过结果结果又可以得到怎样的结论?U 12 = , U 23 = , U 34 = , U 45 = .结论1、问题2:以基准的3的电势为零,即φ3 = 0 ,确定其他点的电势?结论2: .画出等势线和电场线。
小组实验二:学生在原有的白纸上从新描出与U 23 电势差相等的4条等势线。
比较与原来等势线位置的关系。
练习:电场线分布如图昕示,电场中a,b,c 三点多距离相等,且a ,b 两点的 电势分别为a ϕ = 5 V 、b ϕ = 1V ,则c 点点电势差 ( )(A) 等于3V (B) 大于3V (C) 小与3V (D) 无法确定拓展实验 1:描述孤立点电荷的等势线。
问题:如何获得孤立点电荷的电场?实验操作: 1.器材安装2.基淮点选取 的等势面、、画出32123123.03.0ϕϕϕVU VU ==3.等势点探测 4.等势线描绘展示学生描出的等势线:结论: .拓展实验2:描述一个正点电荷与一个等量负电荷的金属板间的电场线。
实验操作: 1.器材安装 2.基淮点选取3.等势点探测 4.等势线描绘画出等势线和电场线。
进一步认识不同电荷下的电场线。
课下思考: 通过今天的实验,是否能画出等量同种电荷的电场线?巩固练习:1、在DIS 描绘电场等势线的实验中(1)电源通过正负电极a 、b 在导电物质上产生的稳定电流分布模拟了由二个_____ __________产生的____ ____,用___ ________探测等势点。
上海市2019届高三物理二模汇编:实验题1.(宝山区第18题)在用DIS描绘电场的等势线实验中(1)如图甲所示,在一块平整的木板上,依次铺放白纸、________和导电纸,导电纸有导电物质的一面________(选填“向上”或“向下”),用图钉将它们固定好。
(2)在导电纸上放两个与它接触良好的圆柱形电极,电极A与电源的____极相连作为“正电荷”,电极B与电源的另一极相连作为“负电荷”。
(3)本实验中用________传感器来探测等势点,用描迹法把等势点连接成等势线。
(4)在电极A、B的连线上等距离地取a、b、c、d、e 共5个基准点,探测出它们的等势点如图乙所示,若传感器的两个探针分别接触c点和d点时的示数为U1;分别接触d 点和e点时的示数为U2,则|U1| ________ |U2|(选填“>”、“<”或“=”)。
2.(崇明区第18题)(1)为了研究质量一定时加速度与力的关系,用如图(甲)所示的装置,一端带有滑轮的光滑长木板固定放置,1、2是两个固定的光电门传感器,若两光电门中心间的距离为L.小车A上固定一宽度为d的挡光片,在重物B的牵引下,小车从木板的左端开始向右加速运动.(a)实验中,光电门1、2记录的挡光时间分别为Δt1和Δt2,则小车经过光电门1时的速度为,小车加速度的大小为.(b)可以通过改变(选填“小车A”或“重物B”)的质量,多次重复操作,获得多组加速度a与力F的数据,用这些数据绘出的图像如图(乙)所示,其中发现图线与坐标轴交点明显偏离原点的可能原因()A.长木板不够光滑B.长木板不够水平C.重物B的质量偏大D.小车A的质量偏大(2)在验证力的平行四边形定则实验中,某同学分别用弹簧秤将橡皮条的结点拉到同一位置O,记下(甲)图中弹簧秤的拉力:12.0F=N、22.6F=N;(乙)图中弹簧秤的拉力:3.6F'=N,力的方向分别用虚线OB、OC和OD表示.请你按图中的比例尺(1cm代表1N),在图(丙)中作出F1、F2的合力F与F'的图示.3.(奉贤区第18题)在“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验,图(a)为实验电路图,定值电阻R0=1Ω,R为滑动变阻器,图(b)为实验的实物连接图。
实验复习六电场与磁场一.用DIS描绘电场的等势线:实验目的:用描迹法画出电场中一个平面上的等势线。
实验器材:DIS(电压传感器)、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、探针两个。
实验步骤:1.在木板上依次铺上白纸、复写纸、导电纸,导电纸有导电物质的一面向上,用图钉固定住,在导电纸上相隔约10cm放两个圆柱形电极。
2.将两个电极的位置压印在白纸上,在两个电极的连线上选取间隔大致相等的5个点作为基准点,并用探针把它们的位置压印在白纸上。
3.将两个电极分别与电压4-6V的电源的正、负极相连,将两个探针通过电压传感器连到数据采集器的输入口,点击“电压测量”。
4.将一个探针与导电纸上的某一基准点接触,用另一个探针在导电纸上找约相隔1cm的5个与基准点电势差为零的点,并一一压印在白纸上,每个基准点均如此。
5.画出等势线。
注意事项:1.导电纸有导电物质的一面向上2.电压传感器可用微电流传感器或灵敏电流计替代。
二.用DIS研究通电螺线管的磁感应强度:实验目的:研究通电螺线管的磁感应强度。
实验器材:DIS(磁传感器)、长螺线管、滑动变阻器、稳压电源、导线。
实验步骤:1.螺线管接入电源后放在水平桌面上,调节传感器的高度,使它的探管正好在螺线管的轴线上。
2.将磁传感器接入数据采集器。
点击“研究通电螺线管的磁感应强度”,屏幕出现B-d坐标及数据表格。
3.改变磁传感器插入螺线管的距离d,点击“记录数据”,可得多组B-d值。
4.启动“绘图”功能,显示B-d图线。
本节练习:1.在做“电场中等势线的描绘”的实验时,先在导电纸上画出电极a和b(模拟为点电荷)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.在实验时将a、b接入电源(1)为得到过d点的等势线,须不断移动探针_____(填“甲”或“乙”)(2)在右图上画出过f点的等势线(3)对于该实验的认识与判断,下列说法正确的是()A.电流表读数为零时表明所测两点的电势差为零B.如果将一根探针接触连线中点,另一探针从一个电极沿连线逐渐移动到另一电极,电流表的读数是逐渐变小的C.在实验过程中电极与导电纸的相对位置不能再改变D.从实验原理来说,如用电压表代替电流表也可以描绘出等势线2.电场中等势线的描绘的实验装置如图所示.(1)一个学生在做此实验时的主要准备步骤如下:①在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朝下;②导电纸上平放着跟它接触良好的两个圆柱形电极,两电极分别与电源的两极相连;③从一个电流传感器的两个接线柱引出两支探针;④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5个点作基准点,并用探针把它们的位置复印在白纸上.以上准备步骤中,错误的是(写序号),应改正为。
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”。
两个电极之间的距离约为10㎝,电压为4~6V。
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线,它们就是等势线(图9-20)※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,E1、E2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)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,E2向左移动C. .若电表的指针偏向负接线柱一侧,E2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、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。
(填大小变化情况)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0~0.5V,零刻度在刻度盘中央的电压表E、量程0~300uA,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场点的位置决定的,故选 B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。