高三物理实验复习(五)等势线

用描迹法画出电场中平面上的等势线 、 测定金属的电阻率

（一）、用描迹法画出电场中平面上的等势线 一、 实验目的

学会用描迹法画出电场中平面上的等势线；验证电场中各点的电势是顺着电场线方向逐渐降低的；理解对等势线和电场线相互垂直，等势线不会相交等性质。 二、实验器材

①白纸②复写纸③导电纸各一张④图钉4枚⑤平木板一块和圆柱电极一对⑥直流电源（电压约为6伏）和电键一个、导线5根⑥灵敏电流计和探针两根⑦直尺（或三角板） 三、实验原理

用导电纸中的稳恒电流场模拟真空中的静电场。

点拨：本实验是用两个带圆形电极模拟两等量异种点电荷在平面内的电场。 四、实验步骤

定性描绘平面上的等势线

（1）在平板上依次铺上白纸、复写纸、导电纸，导电膜向上，用图钉把白纸、复写纸和导电纸一起固定在板上。

（2）用直尺在导电纸画一条长为10厘米的线段，在线段两端固定压紧直径为1厘米的圆形电极，将这两电极分别接在6伏直流电源上，如图所示。

（3）用等分线段法在两电极连线上选取间距相等的5个点作为基准点，并用探针把所选的点复印在底层的白纸上。

（4）从灵敏电流计的两个接柱引起两个探针分别与导电纸上任意两个相邻的基准点接触，观察指针偏转情况，比较各点的电势高低，找出电势的变化规律。

（5）用探针I与某基准点E接触，如图4-1所示，另一探针II在距基准点E约1厘米处选一点，将探针II左右移动，可发现与这一点接触时电流计的指针不偏转，即此点与基

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点等势，用同样的方法探测出关于基点对称的另外3个等势点，即每个基准点的等势点共5~ 7个。

（6）取出白纸，根据5组等势点画出5条平滑曲线即为等势线，如图。

五、实验结论

根据电场方向的规定，由实验得知，电场线始于正电荷止于负电荷；电场线越密，等势线也越密；电场线与等势线垂直。 六、实验变通

变通（1）：原理不变，变电极。

①用一个直径1厘米的金属圆柱套上一个内径大于8厘米的金属圆环，再接通电源，按实验条例中的步骤用探针去探测等势点，不过此时基准线应该是直径，最好取两条垂直；若金属圆柱接正极，圆环接负极，则模拟正点电荷电场，如下图，反之，模拟负点电荷电场，有趣的是电极的极性虽改变，可是等势线（即同心圆）并不改变，改变的是什么呢？

②将电极换成完全相同的平板铁夹（刃部去掉漆层），连同白纸、复写纸、导电纸、薄木板一起夹好，如下图，然后在纸画一条水平基准线，等分基准线描出5个基准点，照实验步骤描出5条等势线，模拟匀强电场。

变通（2）：原理不变、电极不变、变导电纸。

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电子仪器中常把电路不同部分分别联结到铝制仪器底盘上，借以构成通路及共同的电势零点，如下图所示在矩形底盘上A、B两点为两联结点，且知电流由A经底盘到达B，绘出等势线与电场线（如下图）。

七、巩固练习

1、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，应该选用的是-----------------------------------------------------------------------------------------------[ ]

A．6伏的交流电源 B．6伏的直流电源 C．100伏的直流电源

D．量程0 0.5伏，零刻度在刻度盘的电压表 E．量程0 300微安，零刻度在刻度盘的电流表

在实验过程中，要把复写纸、导电纸、白纸铺放在木板上，它们的顺序是（自上而下） ①_______②________③________

在实验中，按下电键接通电路，若一探针与基准点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，则当此探针与a点接触时，电表的指针应_______（填左偏、指零、右偏），当此探针与b点接触时，电表的指针应_______（填左偏、指零、右偏）。

2、在前面实验图中（如下），当探针1与基准点C接触，探针Ⅰ与F点（未标出）接触，电流计指针向左摆，这时探针Ⅱ应_______（填左移、右移、上移、下移）（设已知电

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流从右接线柱流入时，电流计指针向右偏转）。

4、如图所示装置中，两平行铁夹正放上一铜质圆环C紧压在导电纸上不接电源，代表电场中的导体，某同学用灵敏电流计接出两个探针描绘出平面上等势线和电场线如下图所示，问：①当两个探针探测C环内任意两点时，电流计指针应_______（左偏、指零、右偏），表明在电场中_____________________②当两个探针探测C环上各点时，电流计指针应_______（左偏、指零、右偏），当两个探针探测C环上任一点和C环内导电纸上任一点时，电流计指针应_______（左偏、指零、右偏）表明______________③从这位同学描绘的图可以看出_____________________________________________________。

5、 图所示，在用电流场模拟静电场描绘电场等势线的实验中，在下列所给出器材中，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，零刻度在刻度盘的电压表 E.量程0～300μA，零刻度在刻度盘的电流表

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① ② 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和b(如图)，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)．

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（二）测定金属的电阻率

一、目的和要求

通过实验学会测金属电阻率的方法，从而加深对伏安法测电阻的认识。 二、仪器和器材

金属丝，直流电流表（J040型或J0407－1型），直流电压表J0408型或J0408－1型）平滑动变阻器（J23－1型），单刀开关（J2352型），外径千分尺，刻度尺，学生电源（J1202型或J1202－1型），导线若干。 三、实验原理

1．材料的电阻率是材料的一种电学特性。由电阻定律公式 R=ρL /S知，电阻率ρ=RS/L 。因此，要测定金属的电阻率，只须选择这种金属材料制成的导线，用“伏安法”测出金属导线的电阻R，用刻度尺测出金属导线连入电路部分的长度L，用螺旋测微器测出金属导线的直径d，然后由S=πd2/4算出金属导线的横截面积S，即可求得金属的电阻率ρ。 2. 在用“伏安法” 测量金属导线的电阻R时， 由于通常选择待测金属导线的电阻约为数欧姆，实验室常用的安培表（量程取0.6A）的内阻RA为 0.125Ω，伏特表（量程取3V）的内阻RV为3KV，比较后，有RV>>R。因此必须采用右图所示的安培表外接法，才能使由于电表的接入引起的系统误差较小。

3．由电阻率的计算式还可看出，金属导线d的测量值的准确程度对实验误差的影响较大。因此，本实验选用螺旋测微器来测量金属导线的d。

四：[注意事项] 1．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两接入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。

2．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。

3．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。 4．闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。 5．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I的值不宜过大（电流表用0~0.6A量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中变化

五、目标检测： 1、在“测定金属的电阻率”的实验中，除了电源和开关外，还要用到的测量仪器及工具的组合为 -----------------------------------------------------------------------------------------[ ]

A．天平、刻度尺、滑动变阻器、电压表、电流表 B．刻度尺、滑动变阻器、螺旋测微器、电压表、电流表 C．刻度尺、滑动变阻器、游标卡尺、电压表、电阻箱

D．刻度尺、滑动变阻器、电压表、毫安表

2、关于电阻率，以下说法中正确的是―――――――――――――――――――［ ]

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A、纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，绝缘体的电阻率最大

B、纯金属的电阻率随温度升高而减小，绝缘体的电阻率随温度的升高增大 C、标准电阻应选用电阻率对温度变化较敏感的材料制成 D、超导材料在任何温度下电阻率都为零

3、在“测定金属的电阻率”实验中，以下操作中错误的是---------------------------------[ ] A．用米尺量出金属丝的全长三次，算出其平均值

B．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值 C．用伏安法测电阻时采用安培表的内接线路，多次测量后算出其平均值 D．实验中应保持金属丝的温度不变

4．欲用伏安法测定一段阻值约为5Ω左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：

A．电池组（3V，内阻1Ω）；

B．电流表（0~3A，内阻0.0125Ω） C．电流表（0~0.6A，内阻0.125Ω） D．电压表（0~3V，内阻3kΩ） E．电压表（0~15V，内阻15kΩ）

F．滑动变阻器（0~20Ω，额定电流1A） G．滑动变阻器（0~2000Ω，额定电流0.3A） H．电键、导线。

（1）上述器材中应选用的是________。（填写各器材的字母代号） （2）实验电路应采用电流表________接法。（填“内”或“外”） 5、为了测定一根长20.00cm、直径为0.220mm的镍铬丝的电阻率（电阻率约为1×10-4Ω.m），提供下列器材：

（A）电动势为15V的直流电源一只；（B）量程为0~200μA，内阻约为3.7kΩ的电流表一只；（C）量程为0~20mA，内阻约为40Ω的电流表一只；(D) 量程为0~2 A，内阻约为0.4Ω的电流表一只；(E) 量程为0~12V，内阻约为40kΩ的电压表一只；（F）量程为0~15V，内阻约为50kΩ的电压表一只；（G）阻值为0~10Ω，额定电流为1A的滑动变阻器一只；（H）阻值为0~1000Ω，额定电流为0.1A的滑动变阻器一只；（I）开关一个；（J）导线若干。 现采用所示电路进行测定，请按实验需要，选出适当的器材。 V ○

○A

6、为了测定液体的电阻率，工业上用一种电导仪的仪器，如图，Ａ、Ｂ是两片面积均为１

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ｃｍ的正对的正方形铂片，相互平行，间距ｄ＝１ｃｍ，把它浸没在待测的液体中，若通过两根电线加在两铂片上的电压为Ｕ＝６Ｖ，测得电流Ｉ＝１ｕＡ，则此液体的电阻率是多少？

Ｕ

Ａ Ｂ

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