对“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的实验仪器的保护及改进:用描迹法画出电场中平面上的等势线

时间：2019-02-11 03:15:57　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要： “用描迹法画出电场中平面上的等势线”的学生实验中灵敏电流计损坏严重，本文作者对损坏原因进行了深入分析，找到了仪器损坏的原因，并对描绘电场等势线实验演示器进行了改造。
　　关键词： “用描迹法画出电场中平面上的等势线”实验描绘电场等势线实验演示器灵敏电流计改造
　　
　　高中二年级物理的学生实验“用描迹法画出电场中平面上的等势线”，在实验中有的班级的学生对灵敏电流计损坏很严重，如何避免这种情况呢？我对灵敏电流计损坏的原因进行了深入的分析，终于找出了这个问题的主要原因：描绘电场等势线实验演示器的设计有一个小小的不合理的地方。后来我对所有的描绘电场等势线实验演示器进行了一个小改造，学生的实验使用情况表明：灵敏电流计得到了很好的保护。下面介绍一下我的做法。
　　先介绍一下这个实验。这个实验的目的是用描迹法描绘电场中平面上的等势线。其原理与方法是：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，因此可以利用导电纸中的恒定电流场模拟真空中的静电场。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（直流6伏）以后，导电物质中将形成稳定的电流场。实验中确定等势点的根据：当两点电势相等时，连接该两点间的导线上就无电流通过，否则将有电流从高电势点流向低电势点。所以当在电流场中与导电纸接触的两探针尖端的电势差为零时，与探针相连的电流计中通过的电流强度为零，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。这个实验将要用到的实验器材有：1.灵敏电流计；2.导电纸一张；3.直流6伏的电源；4.电极一对连导线；5.电键一只；6.描绘电场等势线实验演示器；7.复写纸一张；8.白纸一张；9.导线两对。其实验步骤如下：
　　（1）在描绘电场等势线实验演示器上按顺序铺上白纸、复写纸、导电纸各一张。
　　（2）在导电纸上压上电极，接好电路。
　　（3）画两电极间的连线作为基准线，在基准线上大至分成六等分，得到五个基准点。
　　（4）合上开关后，将一个探针固定压在一个基准点，另一个探针在基准线的两侧移动，观察电流表的指示，当移到某点电流计示数为零时，此点即为基准点的等势点，稍用力将这点的位置复印到白纸上。如此在基准线的两侧各找5―7个等势点。
　　（5）换上另一个基准点后继续找该基准点的等势点，直到所有基准点都在基准线两侧找到5―7个等势点为止。
　　（6）取出白纸，沿各个基准点的等势点连成平滑的等势线，并依据等势线绘出若干条电力线。
　　从整个实验看，实验过程中必需注意：
　　（1）导电纸有导电物质的一面应该向上，这样电路才能保证畅通。
　　（2）在探测与某一基准点电势相等的其它各点时，与该基准点相接触的探针要固定不动，这样电势才能保证不变。
　　（3）一根探针固定不动，另一根探针的跨度不要太大，以免两探针间的电势差太大而烧坏灵敏电流计；绝不允许将两探针分别同时触到两电极或两接线柱，因为两电极及两接线柱间的电势差很大，这样会立刻导致灵敏电流计烧毁。
　　从整个实验来看，最容易损坏的仪器是灵敏电流计。灵敏电流计的量程是很小的，其测量范围为-300微安―0―+300微安，两档压降分别为30毫伏和750毫伏，允许通过的电流是很小的，稍大的电流、电压都可以使其烧毁。如何保护好灵敏电流计是这个实验要切实注意的问题。实验表明，将两探针分别同时触到两电极是灵敏电流计被烧毁的主要原因。所以教师要在学生中特别强调第三点注意事项，讲清楚道理并要求学生切记。
　　教师强调了注意事项，学生对仪器的损坏会减少，但还是难免会有个别学生将两探针分别同时触到两电极而使灵敏电流计被烧毁。如何杜绝这种现象发生呢？当我们细心地观察整个实验电路及仪器，就会发现描绘电场等势线实验演示器正面的两个电极及两接线柱的侧面是裸露的。当给描绘电场等势线实验演示器接上直流6伏的电源时，两个电极及两接线柱的侧面都带上6伏的直流电，远远超过灵敏电流计的最大压降750毫伏，所以只要将两探针分别同时触到两电极或两接线柱，灵敏电流计马上就会被烧坏。第一次做这个实验的学生心里总有一些慌张，操作实验时对教师强调的问题也容易忘记；或者有个别学生根本就没有听课，做实验时就乱来一通。这些情况都可能导致有学生将两探针分别同时触到两电极或两接线柱而使灵敏电流计烧毁。对于这种情况，要想出一个办法：即使学生将两探针分别同时触到两电极或两接线柱也不会使灵敏电流计烧毁。所以必须对描绘电场等势线实验演示器进行改进。描绘电场等势线实验演示器的两个电极及两接线柱的侧面是裸露的，当接上电源时是通电的。只要在两个电极及两接线柱的侧面涂上一层油漆，当学生将两探针分别同时触到两电极或两接线柱时，油漆的绝缘作用会使两探针不再带电，就能保护灵敏电流计。
　　我对描绘电场等势线实验演示器中设计不合理的地方进行了小小的改造，使“用描迹法画出电场中平面上的等势线”实验更易成功，仪器得到了更好的保护。
　　
　　参考文献：
　　［1］人民教育出版社物理室编著.物理（第二册）.全日制普通高级中学教科书（必修加选修）.
　　［2］广西壮族自治区课程教材发展中心组织编写.实验报告册（第二册）.北京科学技术出版社出版.

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