2019-2020年高中物理 用描跡法畫出電場(chǎng)中平面上的等勢(shì)線教案 人教版第二冊(cè).doc

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2019-2020年高中物理 用描跡法畫出電場(chǎng)中平面上的等勢(shì)線教案 人教版第二冊(cè)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)用描跡法畫出電場(chǎng)中平面上的等勢(shì)線；驗(yàn)證電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)是順著電場(chǎng)線方向逐漸降低的；理解對(duì)等勢(shì)線和電場(chǎng)線相互垂直，等勢(shì)線不會(huì)相交等性質(zhì)。二、實(shí)驗(yàn)器材白紙復(fù)寫紙導(dǎo)電紙各一張圖釘4枚平木板一塊和圓柱電極一對(duì)直流電源（電壓約為6伏）和電鍵一個(gè)、導(dǎo)線5根靈敏電流計(jì)和探針兩根直尺（或三角板）點(diǎn)撥：導(dǎo)電紙的電阻率應(yīng)遠(yuǎn)大于金屬電極的電阻率才能使電極本身成為等勢(shì)體；導(dǎo)電涂層要均勻，紙上導(dǎo)電性能才能一致，否則會(huì)使測(cè)繪出的等勢(shì)線產(chǎn)生畸變。點(diǎn)撥：對(duì)圓柱電極應(yīng)一樣大，直徑為1厘米。三、實(shí)驗(yàn)原理用導(dǎo)電紙中的穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬真空中的靜電場(chǎng)。點(diǎn)撥：本實(shí)驗(yàn)是用兩個(gè)帶圓形電極模擬兩等量異種點(diǎn)電荷在平面內(nèi)的電場(chǎng)。四、實(shí)驗(yàn)步驟定性描繪平面上的等勢(shì)線（1）在平板上依次鋪上白紙、復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙，導(dǎo)電膜向上，用圖釘把白紙、復(fù)寫紙和導(dǎo)電紙一起固定在板上。（2）用直尺在導(dǎo)電紙中央畫一條長(zhǎng)為10厘米的線段，在線段兩端固定壓緊直徑為1厘米的圓形電極，將這兩電極分別接在6伏直流電源上，如圖所示。點(diǎn)撥：兩電極間為什么要相距10厘米遠(yuǎn)呢？由實(shí)驗(yàn)原理得知，實(shí)驗(yàn)時(shí)需兩極間有一定的電阻，而導(dǎo)電紙的電阻率是有限定值，紙的面積一定，若兩電極間距離太小，極間電阻趨于零，或小于靈敏電流計(jì)內(nèi)阻，當(dāng)靈敏電流計(jì)兩個(gè)探針接觸時(shí)就相當(dāng)短接了有一定電阻的電流計(jì)，造成后果可能出現(xiàn)靈敏電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)（或偏轉(zhuǎn)很?。┒`認(rèn)為等勢(shì)，或者出現(xiàn)因等勢(shì)線太密而看不出規(guī)律。（3）用等分線段法在兩電極連線上選取間距相等的5個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，并用探針把所選的點(diǎn)復(fù)印在底層的白紙上。點(diǎn)撥：選5個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)主要是為了描繪對(duì)稱的清晰等勢(shì)線，就3、5、7個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)而言，5個(gè)最適宜，既能發(fā)現(xiàn)規(guī)律又省時(shí)間，值得注意的是，基準(zhǔn)點(diǎn)的間距相等，相鄰兩條等勢(shì)線的電勢(shì)差不等，勻強(qiáng)電場(chǎng)例外。（4）從靈敏電流計(jì)的兩個(gè)接柱引起兩個(gè)探針分別與導(dǎo)電紙上任意兩個(gè)相鄰的基準(zhǔn)點(diǎn)接觸，觀察指針偏轉(zhuǎn)情況，比較各點(diǎn)的電勢(shì)高低，找出電勢(shì)的變化規(guī)律。（5）用探針I(yè)與某基準(zhǔn)點(diǎn)E接觸，如圖4-1所示，另一探針I(yè)I在距基準(zhǔn)點(diǎn)E約1厘米處選一點(diǎn)，將探針I(yè)I左右移動(dòng)，可發(fā)現(xiàn)與這一點(diǎn)接觸時(shí)電流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)，即此點(diǎn)與基點(diǎn)等勢(shì)，用同樣的方法探測(cè)出關(guān)于基點(diǎn)對(duì)稱的另外3個(gè)等勢(shì)點(diǎn)，即每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的等勢(shì)點(diǎn)共5 7個(gè)。點(diǎn)撥：探測(cè)點(diǎn)不要靠近導(dǎo)電紙邊緣，否則等勢(shì)線畸變。（6）取出白紙，根據(jù)5組等勢(shì)點(diǎn)畫出5條平滑曲線即為等勢(shì)線，如圖。點(diǎn)撥：根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所描繪的圖4-2，問C點(diǎn)的電勢(shì)是正還是負(fù)？不少同學(xué)認(rèn)為需要定量計(jì)算才能確定，其實(shí)不然，只要抓住兩等量異號(hào)電荷連線的中垂線PQ這條等勢(shì)線上各點(diǎn)電勢(shì)為零的特點(diǎn)，得知Ua=Ub=0，UcUd，所以Uc0，故C處電勢(shì)為負(fù)。定量描繪平面上的等勢(shì)線按圖4-3（甲）所示電路用50歐姆變阻器分壓，以電極B的電勢(shì)為零，則滑動(dòng)片P1置于某一位置時(shí)的電勢(shì)U1可由伏特表讀出，當(dāng)靈敏電流計(jì)指示0時(shí)，探針P2接觸點(diǎn)的電勢(shì)也為U1，調(diào)節(jié)P1的位置，每隔1伏測(cè)一條等勢(shì)線，最后看出等勢(shì)線越密的地方電場(chǎng)線也越密，如下圖（乙）所示。實(shí)驗(yàn)中易混淆的是：操作過程中所取基準(zhǔn)點(diǎn)的間距相等易帶來“相鄰兩等勢(shì)線的電勢(shì)差相等”的負(fù)遷移；操作中每隔1厘米探測(cè)一個(gè)等勢(shì)點(diǎn)易引出“等勢(shì)點(diǎn)的間距相等”的負(fù)遷移，其實(shí)這樣操作是為迅速、方便、準(zhǔn)確地揭示規(guī)律，等距離取基準(zhǔn)點(diǎn)探測(cè)是為了上下對(duì)稱、左右對(duì)稱，描圖直觀。易錯(cuò)的是：鋪白紙、復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙的順序錯(cuò)亂，或者將電膜向下。易忘的是：找出電流流向與靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)關(guān)系，因有時(shí)電源裝在等勢(shì)線描繪儀盒內(nèi)，操作時(shí)若不找出上述關(guān)系則不能迅速判斷電位哪邊高哪邊低而延誤實(shí)驗(yàn)時(shí)間。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論根據(jù)電場(chǎng)方向的規(guī)定，由實(shí)驗(yàn)得知，電場(chǎng)線始于正電荷止于負(fù)電荷；電場(chǎng)線越密，等勢(shì)線也越密；電場(chǎng)線與等勢(shì)線垂直。六、實(shí)驗(yàn)變通 變通（1）：原理不變，變電極。用一個(gè)直徑1厘米的金屬圓柱套上一個(gè)內(nèi)徑大于8厘米的金屬圓環(huán)，再接通電源，按實(shí)驗(yàn)條例中的步驟用探針去探測(cè)等勢(shì)點(diǎn)，不過此時(shí)基準(zhǔn)線應(yīng)該是直徑，最好取兩條垂直；若金屬圓柱接正極，圓環(huán)接負(fù)極，則模擬正點(diǎn)電荷電場(chǎng)，如下圖，反之，模擬負(fù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)，有趣的是電極的極性雖改變，可是等勢(shì)線（即同心圓）并不改變，改變的是什么呢？將電極換成完全相同的平板鐵夾（刃部去掉漆層），連同白紙、復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙、薄木板一起夾好，如下圖，然后在紙中央畫一條水平基準(zhǔn)線，等分基準(zhǔn)線描出5個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，照實(shí)驗(yàn)步驟描出5條等勢(shì)線，模擬勻強(qiáng)電場(chǎng)。變通（2）：原理不變、電極不變、變導(dǎo)電紙。電子儀器中常把電路不同部分分別聯(lián)結(jié)到鋁制儀器底盤上，借以構(gòu)成通路及共同的電勢(shì)零點(diǎn)，如下圖所示在矩形底盤上A、B兩點(diǎn)為兩聯(lián)結(jié)點(diǎn)，且知電流由A經(jīng)底盤到達(dá)B，繪出等勢(shì)線與電場(chǎng)線（如下圖）。七、鞏固練習(xí)（1）在用電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)描繪電場(chǎng)等勢(shì)線的實(shí)驗(yàn)中，在下列所給出的器材中，應(yīng)該選用的是 A6伏的交流電源B6伏的直流電源C100伏的直流電源D量程0 0.5伏，零刻度在刻度盤中央的電壓表E量程0 300微安，零刻度在刻度盤中央的電流表在實(shí)驗(yàn)過程中，要把復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙、白紙鋪放在木板上，它們的順序是（自上而下）_在實(shí)驗(yàn)中，按下電鍵接通電路，若一探針與基準(zhǔn)點(diǎn)接觸，另一探針已分別在基準(zhǔn)點(diǎn)的兩側(cè)找到了實(shí)驗(yàn)所需要的兩點(diǎn)a、b，如圖，則當(dāng)此探針與a點(diǎn)接觸時(shí)，電表的指針應(yīng)_（填左偏、指零、右偏），當(dāng)此探針與b點(diǎn)接觸時(shí)，電表的指針應(yīng)_（填左偏、指零、右偏）。（2）在前面實(shí)驗(yàn)圖中（如下），當(dāng)探針1與基準(zhǔn)點(diǎn)C接觸，探針與F點(diǎn)（未標(biāo)出）接觸，電流計(jì)指針向左擺，這時(shí)探針應(yīng)_（填左移、右移、上移、下移）（設(shè)已知電流從右接線柱流入時(shí)，電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)）。（3）如圖所示裝置中，兩平行鐵夾正中央放上一銅質(zhì)圓環(huán)C緊壓在導(dǎo)電紙上不接電源，代表電場(chǎng)中的導(dǎo)體，某同學(xué)用靈敏電流計(jì)接出兩個(gè)探針描繪出平面上等勢(shì)線和電場(chǎng)線如下圖所示，問：當(dāng)兩個(gè)探針探測(cè)C環(huán)內(nèi)任意兩點(diǎn)時(shí)，電流計(jì)指針應(yīng)_（左偏、指零、右偏），表明在電場(chǎng)中_當(dāng)兩個(gè)探針探測(cè)C環(huán)上各點(diǎn)時(shí)，電流計(jì)指針應(yīng)_（左偏、指零、右偏），當(dāng)兩個(gè)探針探測(cè)C環(huán)上任一點(diǎn)和C環(huán)內(nèi)導(dǎo)電紙上任一點(diǎn)時(shí)，電流計(jì)指針應(yīng)_（左偏、指零、右偏）表明_從這位同學(xué)描繪的圖可以看出_。實(shí)驗(yàn)說明：基本測(cè)量工具和測(cè)量數(shù)據(jù) 1基本測(cè)量工具及其使用。 靈敏電流計(jì)選內(nèi)阻較小的，如J0409型表，探針導(dǎo)線要接它的“0 ”“G0“兩個(gè)接線柱，為迅速判斷測(cè)試點(diǎn)電勢(shì)的高低，實(shí)驗(yàn)前最好判斷電流流向與指針的偏轉(zhuǎn)關(guān)系（如電流左進(jìn)，指針左擺或電流右進(jìn)指針左擺）。刻度尺（或三角板）主要用作畫電極間的基準(zhǔn)線和確定基準(zhǔn)點(diǎn)。2測(cè)量數(shù)據(jù)的有效數(shù)字記錄有效數(shù)字，靈敏電流計(jì)測(cè)到等勢(shì)點(diǎn)指針示數(shù)為“0“，刻度尺畫電極連線后，確定基準(zhǔn)點(diǎn)間距1厘米或1.5厘米即可。