实验： 用描迹法画出电场中平面上的等势线 教案

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。

实验五用描迹法画出电场中平面上的等势线教材解读物理与生活直接描绘静电场的等势线比较困难．[思考讨论]为什么直接描绘静电场的等势线比较困难?静电场和恒定电流的电场又很相似．我们能否用电流场来模拟静电场呢?知识详解知识点1 用描迹法画出电场中平面上的等势线1.实验目的用描迹法画出等量异种电荷电场中一个平面上的等势线．2.实验原理利用导电纸中的恒定电流模拟真空中两异种点电荷的静电场．当灵敏电流计两个接线柱引出的两探针与导电纸上两等势点接触时，灵敏电流计中电流为零，指针不偏转，从而可以用灵敏电流计找出导电纸上的等势点，并依等势点画出等势线．3.实验器材学生用低压电源或电池组(6 V)、灵敏电流计、开关、导电纸、白纸、复写纸、圆柱形电极两个、探针两只、木板、图钉及导线若干．附：灵敏电流表简介灵敏电流表又叫灵敏电流计，在电路中用符号○G表示，可用来测量微弱的电流、电压以及电流的有无和方向．使用时要注意如下几点：(1)灵敏电流表的零刻度在表盘刻度的中央，指针在无电流时指在刻度盘的中央零刻度线上，测电流时把灵敏电流计串联在被测电路里．(2)有电流通过灵敏电流计时，指针可能向左或向右偏离零刻度，因此在使用时要搞清电流方向和指针偏转方向的关系：(3)灵敏电流计的量程很小，一般不超过几百毫安．实验时若指针超过满偏刻度，应立即切断电源，以防烧坏电流表．(4)使用后应把电流表远离电源．4.实验步骤(1)在平整的木板上由依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张，导电纸上有导电物质的一面要向上．用图钉把它们一起固定在木板上．(2)在导电纸上平放两个跟它接触良好的圆柱形电极，两电极之闻的距离约10 cm．将两个电极分别与电压约为6 V的直流电源的正：负两极相连接，这两个电极相当于“正电荷”和“负电荷”．(3)把两根探针分别接到灵敏电流计○G的“+?“-”接线柱上，如图l3—177所示．(4)在导电纸平面的两个电极的连线上，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．(5)探测等势点：接近电源，将一探针跟导电纸上的某一基准点接触，然后在这一基准点的一侧距该基准点约l cm处再选一个点，在此点把另一探针跟导电纸接触,这时一般会看到灵敏电流计的指针发生偏转，上下、左右移动探针位置找到一点，使电流计的指针不发生偏转，这一点就是该基准点的一个等势点，用探针把这一点的位置复印在白纸上．(6)按步骤(5)的方法，在这个基准点的两侧由近及远各探测出五个等势点，相邻两等势点之间的距离约l cm．(7)用同样的方法，探测出另外四个基准点的等势点．(8)断开电源，取出白纸，根据五个基准点的等势点画出五条平滑的曲线，这就是五条等势线．5.注意事项(1)安放导电纸时，有导电物质的一面(黑色)朝上．(2)安放电极时，不能太靠近导电纸的边缘，电极与导电纸接触应良好，且与导电纸的相对位置不变．(3)寻找等势点时，应以基准点附近由近及远地逐渐推移，不可以大跨度地移动，以免电势差过大而发生电流计过载现象．(4)绝不允许将两探针分别同时与两电极相接触，以防烧坏电流表．(5)探测等势点不要太靠近导电纸边缘，因导电纸边缘的电流方向与边界平行，并不与等量异种电荷的电场线分布相似．(6)导电纸上的导电物质很薄，在寻找等势点时，不能将探针与导电纸反复摩擦，应采取点接触法．6.误差原因分析(1)电流表的精度是产生误差的主要原因，在有条件时应使用精度较高的电流计．(2)电极与导电纸接触是否良好也会使实验产生误差．(3)圆柱形电极的大小也会给本实验带来误差，应选用一样大的直径约1 cm的磨平的铜柱作电极．本实验是用恒定的电流场来模拟静电场，故可用两条平行的铜条代替圆柱形电极来模拟匀强电场，如图13—178，甲所示．还可以用一圆柱形电极和一圆环形铜环作电极来模拟点电荷的电场，如图13—178乙所示．经典高考试题分析例1(2004·甘肃、宁夏)图中给出的器材为：电源E(电动势为l2 V，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，用做电极)，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6 V，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S．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6 V． (1)在图13—184中连线，画成实验电路原理图．(2)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S，并将探针P与A接触．d．．e．用探针压印的方法把A，B的位置标记在白纸上，画一线段连线A，B两极，在连线上选取间距大致相等的5个点作为基准点，用探针把它们的位置压印在白纸上．f．将探针与某一基准点相接触，，这一点是此基准点的等势点．用探针把这一点的位置也压印在白纸上，用相同的方法找出此基准点的其他等势点．g．重复步骤f，找出其他4个基准点的等势点．取出白纸画出各条等势线．分析本题突出考查考生对实验步骤的掌握程度，借以体现考生的实验操作技能．(1)连接线路如图l3—185所示．(2)b．把变阻器的滑动触头移到靠近D端处．d．调节R，使电压表读数为6 V．f．记下电压表读数，在导电纸上移动探针，找出电压表读数与所记下的数值相同的另一点．课堂小结知识趣律、思想方法、易错疑难小结。

实验五用描迹法画出电场中平面上的等势线【实验目的】学会用描迹法画出电场中一个平面上的等势线。

【实验原理】本实验要描绘的量等量正、负电荷电场的等势线，直接描绘这一电场的等势线是困难的，所以我们采用等效替代法来描绘。

把电极A、B放在导电纸上，A接电源正极，B接电源负极，在A、B间加电压后，A电势高，B电势低，电流从A经导电纸流到B，等效为A带正电，B带负电，导电纸上的电场与等量正负电荷产生的静电场是相似的，通过测量导电纸上电势相等的点来描绘出电场中一个平面的等势线。

【注意事项】1、按白纸、复写纸、导电纸的先后顺序在底板铺好，导电纸有导电物质的一面（黑色）朝上。

2、两电极和导电纸要接触良好。

3、不能将电流表直接接电源两极，两点间的距离也不要太大，以免损坏电流表。

4、在定位时不应用探针在导电纸上反复划动，用点用点击法。

5、实验结束后，请取下白纸，给出等势线，写上姓名，组号，上交老师查验。

【实验器材】1、学生电源，2、导线2根，3、探针2根，4、电流表1块，5、塑料底板1块，6、复写纸1张，7、导电纸1张，8、白纸1张。

【实验步骤】1、在塑料底板上依次安放白纸、复写纸、导电纸，导电的一面朝上（黑色的）。

2、在导电纸上将两个导电圆柱形电极A、B固定好，将两个电极分别用导线接到电路中去。

3、把两个探针分别接到灵敏电流计的两个接线柱上。

4、在导电纸上画出两个电极的连线，并在连线上取间距相等的五个点作为基准点，并复写到白纸上。

5、用平衡法找到各个基准点的等势点。

6、取出白纸，据得到的五组等势点画出5条平滑曲线，它们就是等势线。

【实验小结】该实验可用小量程的电流表，也可以用电压表，但用小量程的电流表比较精确，所以选用小量程的电流表找等势点。

【作业布置】实验结束后，请取下白纸，给出等势线，写上姓名，组号，上交老师。

二、电场中平面上等势线的描绘【重要知识提示】1．实验目的和原理(1)实验目的用描迹法画出电场中在平面上的等势线．(2)实验原理由于直接描绘静电场中的等势线非常困难，所以本实验利用恒定电流形成的电场来模拟静电场进行实验，从而研究平面上的电场等势线的分布情况．我们知道，若电流表接人电路无电流通过，则电流表两极接触处电势相等．据此找出电场中的等势点，再把一系列的等势点连成平滑曲线，就描绘出了电场在平面上的等势线．2．实验器材灵敏电流表、金属探针两根，学生用低压电源或电池组，圆柱形电极两个，木板或塑料底板一个，导电纸、复写纸、白纸各一张，导线、开关、图钉等．说明：在本实验中使用的电流表有以下特点：(a)灵敏电流表只能用来检测微弱电流，一般被测电流不能超过几百微安；(b)灵敏电流表的零刻度在刻度盘的中央，将它串联接人电路时，电流既可从正接线柱流人，也可从负接线柱流入．使用前，一般要判断电流表指针偏转方向与通过的电流方向之间关系；(c)灵敏电流表的刻度是均匀的；(d)电流表不要长期连接在电路中，在停止实验时，应随即断开电路，以便保护灵敏电流表．3．实验步骤及安装调试(1)安装：(a)在平整的木板上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张，其中导电纸有导电物质的一面(深色)向上．再用图。

钉将它们一起钉在木板上．如图5—12所示；(b)在导电纸上放上两个跟它接触良好的圆柱形电极，两极间距离约为lOcm，与两极柱相连的直流电源电压约为6V．与电源的正极相连的电极A作为正电荷，与电源的负极相连的电极B作为负电荷.(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：(a)从灵敏电流表的两个接线柱引出两个探针；(b)将两探针触接A、B极，观察电流表指针偏转方向，了解其指针偏转方向与通过的电流方向之间关系；(c)将探针(I)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，距此基准点约1cm处再选一点，将探针(Ⅱ)在此点与导电纸接触(一般地电流表指针有偏转)，左右移动探针(Ⅱ)在导电纸上的位置，直到找到某一点，使电流表的指针没有偏转为止，说明该点跟基准点的电势相等．用探针(Ⅱ)将此位置复印在白纸上，继续在这个基准点的两侧，各探出五个等势点(每两个相邻的等势点大约相距1cm)；(d)用同样的方法，探测出另外四个基准点的等势点．(4)描绘等势线：取出白纸，根据五组等势点画出五条平滑的曲线，它们就是电场在平面上的五条等势线，如图5—13所示．4．注意事项(1)电极与导电纸应有良好的接触，否则会影响实验正常进行．可选用一电压表先接在两极柱上，读出电压表读数，再将电压表接在两电极附近的导电纸上，读出电压表示数．若电压表读数与原来基本相等，则说明电极与导电纸接触良好；若两次读数相差很大，则说明电极与导电纸的接触不良(即在电极与导电纸之间有较大接触电阻)，应予以调整．(2)在木板上铺纸的先后顺序是白纸、复写纸、导电纸，且导电纸有导电物质的一面(深色)朝上．(3)使用灵敏电流表之前，应判断其指针偏转方向与通过的电流方向之间的关系，以便尽快探测到等势点．(4)根据等势点描绘等势线时，应该画成平滑曲线，不应该连成折线．(5)导电纸上所涂导电物质相当薄，故在定位时，不要用探针在导电纸上反复划动，应用点触法寻找等势点．【典型范例导析】【例1】在“描绘电场中平面上等势线"实验中，配备了下列器材，应该选用的是(用器材前的字母表示) (B F)A．电压为6V的交流电源B．电压为6V的直流电源C．电压为100V的直流电源D．量程为O．5V、零刻度在刻度盘中央的电压表E．量程为O．6mA的电流表F．量程为300衅、零刻度在刻度盘中央的电流表解析从安全角度考虑，不能选用C，因为100V电源接在两接线柱上，电流会很大，会烧毁电源、电流表．从可行角度考虑，不能选用A．本实验是一个研究性模拟实验，因为直接描绘静电场的等势线有很大困难，而恒定电流的电场与静电场相似，所以利用恒定电流电场来模拟静电场．因此两金属电极间应接直流电源，电源应选用B．在本实验中，选用导电纸电阻率一般都很大，当用电压表测两点间电压时，由于电压表的内阻与被测两点间电阻比较接近，电压表的分流作用不能忽略，这将使导电纸上的电流场发生较大变化．在理想情况下，只有使用内阻很大的电压表(几百kΩ以上)时，才能忽略电压表的分流作用．但是，现行中学实验室配备的电压表无法达到理想要求，所以一般不采用电压表D．从精确角度、从操作方便角度都应选用零刻度在刻度盘中央的电流表F．点评 (1)在研究物理现象、探索物理规律时，某些物理现象难以直接研究，若被研究的现象与我们熟悉的另一种现象有某些相似的特征，则常常可以采用模拟法进行探索．本实验就是利用恒定电流的电流场与静电场在等势线分布上的相似性进行模拟实验的．(2)实验时，根据目的、原理构思出一定的实验方案，在选择实验器材时，应遵循以下原则：首先应从安全角度考虑，再从减小误差角度选择，最后从实验操作、处理的可行角度进行筛选．【例2】如图5—14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人电流表G时，其指针向正接线柱一侧偏转．当探针(I)接在D点，探针(Ⅱ)接在导电纸上某点时，电流表G指针向负接线柱一侧偏转．为了尽快寻得等势点，探针(Ⅱ)应向移动．(选填“向左”或“向右”)．解析如图5—14所示，电流表指针向负接线柱一侧偏转，说明电流是由负接线柱流入电流表，此时，探针(Ⅱ)与导电纸的触点电势比D点电势高．观察图5—14中实验装置知，金属圆柱A、B分别与电源负极、正极相接，在导电纸上自右向左各点电势逐渐降低，要使探针(Ⅱ)寻找到与探针(I)触点D电势相等的点，应将探针(Ⅱ)向左移动．点评研究等势线之前，应观察A、B两圆极柱与电源的接法，大致了解导电纸上电场线特点，这样才能尽快寻得等势点，避免“摸石头过河”的茫然作法．【例3】在“描绘电场等势线的实验中，在安装、调试、操作均规范的前提下，分别选用电源电压U1=2V、U2=6V接在金属圆极柱上．试分析：在使用相同电流表的条件下，哪种情形下绘得等势线(限于导电纸中央区域)更准确?解析如图5—15所示，A、B为两圆柱形电极，设P’、P为导电纸上同一电场线上靠近的两点，P、C为导电纸上同一等势线上两点．若A、B间电压越小，则P’与P之间电势差越小．当电流表两探针分别触接C、P’时，电流表指针偏转不明显或实验者无法觉察到指针偏转，实验者可能就认为P’与c电势相等，因此出现描绘误差．若A、B间电压越大，则P’与P之间电势差越大．同理可知，当电流表两探针分别接触P’、C两点时，电流表指针偏转较明显，实验者很容易断定P’与C的电势不相等，他会继续向P’点右方、接近P点的方向寻找与C电势相等的点．因此，在此情况下寻找的等势点、描绘的等势线更准确．当然，并不是A、B两极间电压越大越好．当两极柱间电压太大时，灵敏电流计的安全得不到保障．【能力跟踪训练】1．在“电场中平面上等势线的描绘”实验中，发现等势线发生了畸变，则产生误差原因可能是 ( A B C )A．电流表的灵敏度不高 B．电极与导电纸接触不良C．导电纸涂层不够均匀 D．以上说法都不对2．在“电场中平面上等势线的描绘"的实验中，提供了下面一些操作步骤：A．在导电纸上画出两电极的连线；B．将灵敏电流表的一个探针接在一个电极上，用另一个探针接触导电纸，缓慢移动可划出许多点，使电流计指针不发生偏转，这许多点的连线即为一条等势线；C．在平板上先铺上白纸，再铺上复写纸，然后铺上导电纸；D．安装好电极接好电路；E．闭合开关S；F．在两电极的连线上，等距离取五个基准点，并复印在白纸上；G．电流表的一个探针接触某个基准点不动，另一个探针缓慢移动到电流表指针不偏转时，复印一个点．这样反复移动，可复印出许多点，连接这些点的平滑曲线即为一条等势线．(1)在以上提供的步骤中，缺少一个很重要步骤，它是__使用灵敏电流计之前，应查明电流表指针偏转方向与通过它的电流方向之间关系，以便使用时能尽快找出等势点_________________________(2)在以上提供的步骤中，错误的步骤是__B．若将电流表的一个探针接在电极上，而另一探针与导电纸接触，而探针间总存在电势差，其指针总会偏转．使用灵敏电流计按B步骤无法准确地找出等势点_____________________________________(3)将以上正确步骤选出，并按正确的操作顺序将步骤的序号排列__C、D、A、F、E、G_______________3．在“电场中平面上等势线的描绘"的实验中，为尽量减小实验误差．(1)若有几只满偏电流不相同的电流表供选用，应选用 (A )A．100pA B．O．5mA C．10mA(2)若有几种输出电压的直流电源供选用，应选用 ( B )A．1．0V B．6．0V C．12V ’(3)若有两种规格的平木板，在两种情形下两个圆柱形电极间距不同，则应选两电极距离稍___大______的平木板(选填“大”、“小”)．4．在用模拟法描绘静电场等势线实验中，某同学将两平行的长条形电极紧压在导电纸上(导电纸铺在平板上)，并分别接在低压恒定直流电源两极，如图5—16所示．现取一金属圆环，将其压放在两极之间的导电纸上，再在灵敏电流计上正、负极柱上分别连接两探针(I)、(Ⅱ)，对环内导电纸上电场进行测试，则：(1)当两探针(I)、(Ⅱ)与环内导电纸上任意两点相接触时，电流表指针将__________(选填“左偏”、“指零”、“右偏”)(2)当两探针(I)、(Ⅱ)与圆环上任意两点相接触时，电流表指针将__________(选填“左偏”、“指零”、“右偏”)(3)当两探针(I)、(Ⅱ)分别与环上‘、环内导电纸相接触时，电流表指针将__________ (选填“左偏”、“指零”、“右偏”)综合以上测试，表明__________．5．实验室配备有以下实验器材：A．学生电源；B．圆柱形金属电极(附有接线柱)；C．长条形电极；D．圆环形电极；E．灵敏电流表；F．毫安表；G．白纸、复写纸、导电纸、平木板；H．导线、开关若干．现要求用模拟法完成描绘带正电点电荷电场在平面上等势线，试分析：(1)选用器材有A、B、D、E、G、H (填选用器材代号)．(2)安装电极时，应注意：(a) 安装电极时，、将圆枉彤金属电极压放在导电纸正中央，且圆柱形电极处在圆环形电极的圆心处(b) 接电源时应将电源正极与圆柱形电极相接，将电源负极与圆环形电极相连【答案与提示】1．A．B、C(导致描绘出的等势线成畸形，其原因很多：(a)可能由于电流表的灵敏度不高，导致描点不准确，绘出的等势线与实际的的情形有出入；(b)可能由于电极与导电纸间接触不良，形成较大的接触电阻，因而影响了导电纸上电场的分布，使实验者描绘出的等势线与在正常情形下有出入；(c)导电纸上导电物质涂层不均匀情形与涂层均匀情形相比，导电纸上电场的分布也不相同，因而通过描点法得出的两种情形下不相同，出现所谓畸形……．) 2．(1)使用灵敏电流计之前，应查明电流表指针偏转方向与通过它的电流方向之间关系，以便使用时能尽快找出等势点；(2)操作错误的步骤是B．若将电流表的一个探针接在电极上，而另一探针与导电纸接触，而探针间总存在电势差，其指针总会偏转．使用灵敏电流计按B步骤无法准确地找出等势点；(3)C、D、A、F、E、G3．(1)A(从精确描述的角度选择，应选用精度比较高的电流表．)；(2)B(从安全角度考虑不宜选用C；从精确的角度考虑不宜选用A，选用B，既安全又操作可行、误差较小．)；(3)为减小描绘误差，圆柱形极柱间距稍大为好．4．(1)指零，处于静电平衡的导体内部不存在电场，因而各点电势相等；(2)指零，处于静电平衡的导体环C是等势体；(3)指零，导体环C压在导电纸上，处于静电平衡，环内和环上各点电势均相等． 5．(1)A、B、D、E、G、H (2)(a)安装电极时，、将圆枉彤金属电极压放在导电纸正中央，且圆柱形电极处在圆环形电极的圆心处；(b)接电源时应将电源正极与圆柱形电极相接，将电源负极与圆环形电极相连．。

实验五用描迹法画出电场中平面上的等势线【实验目的】学会用描迹法画出电场中一个平面上的等势线。

【实验原理】直接描绘静电场中的等势线是比较困难的。

但由于稳恒电流场遵从的规律在形式上和静电场相似，所以可以用来模拟静电场。

我们可用导电纸上形成的稳恒电流场来模拟静电场，当在电流场中与导电纸接触的两探针尖端电势差为零时，与探针相连的电流计中通过的电流强度为零，从而可利用灵敏电流计和探针找出电场中的等势点，并依据等势点进行等势线的描绘。

本实验是模拟实验。

我们知道，带电体在它的周围空间产生电场，静电场中场强的分布情况，可用电场线形象地表示出来。

而电场线和等势面是相垂直的，通过实验测绘出电场的等势面（线），利用电场线和它正交的关系，可以描绘出电场线，得到电场分布的形象描述。

实际测绘静电场的等势面（线）是相当困难的，因为通常用的测量仪表大都是磁电式的，有电流才会有反应，静电场不会有电流，因此无法测量。

实验中通常是用电流场来描述静电场。

从电磁学理论知道，这两种场所遵守的规律，形式上相似。

利用其相似性，可以通过对容易测量的电流场的研究来代替不易测量的静电场的研究。

具体的做法是将和静电场中带电体相同形状的电极，按带电导体的分布位置放在均匀的导电物质中，导电物质应是导电率不大的不良导体（导电纸）。

在电极上加上一定电压以后，导电物质中将形成稳定的电流场。

这个电流场中的电位分布情况和对应的静电场中电势分布情况是一样的。

电流场中电位可以用金属探针和灵敏电流计测出。

静电场的场强分布可以用电场线进行描述，而等势面（线）与电场线相垂直，通过实验测绘出电场的等势面（线），就可以描绘出电场线。

由于静电场中不存在电流，一般磁电式测量仪表，在有电流时才会有反应，因此难以确定静电场的等势线。

恒定电流的电荷分布和电磁场均不随时间变化，所以在均匀电介质中恒定电流的电场和静电场相似，利用其相似性，可以用恒定电流的电场模拟静电场，进行静电场的实验研究。

《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。

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电极图1相当于负电荷。

两电极间距离约为10cm，与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。