显示电势和等势面的实验简介，本文主要内容关键词为：等势面论文,电势论文,简介论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在人教版《物理》选修3-1第一章“静电场”中，关于电场强度、电场线、电势能、电势、电势差、等势面等概念的教学，是公认的教学重点和难点。很多教师非常认真地开展了严格的教学和活动，但总感到效果不是很满意。究其原因，主要有以下几点。 ①上述知识太抽象、太空泛、不直观，学生理解难、内化难、提高难。学生便出现了分化，部分学生丧失了学习信心和兴趣。 ②课本在安排上述知识内容时，仅仅在“电场线”教学中，安排用微屑“模拟”电场线和用“散开的头发”来显示电场线的实验，没有安排更多实验来支持教学。 ③课本在编排中，存在“重理论推断，轻实验研究”的倾向，从“电场线”到“电势能”再到“电势”和“等势面”的系列推断，让学生总有一种从“虚”到“虚”、虚而不实的感觉。 在课堂教学中，实施上述相关知识教学的过程中，增加必要的实验教学，将有助于加深学生对所学概念的理解，降低学习的难度，提高学生学习的效率。我们教学中设计并制作了“显示电势和等势面的实验”，实际教学效果很好，现介绍以下。 一、实验设计 ①如图1，A为一个氖管（普通测电笔中可发红光的氖泡），其一端与平行板电容器的M极板相连，其另一端裸露。在平行板电容器之间加上高压，形成了较强的（匀强）电场。随着氖管A从左向右缓慢移动，其明亮程度应该是逐渐变亮的。氖管所在处越亮，说明此处与M极板之间电势差越大，也就说明此处的电势越高。
②上述的一个氖管A可谓是一个显示电势高低的“探头”。现在一个绝缘的透明的塑料薄板上，同时等间隔地安放多个这样的“探头”，形成一个“探面”，如图2所示。当“探面”与某一个等势面重合时，这些“探面”上的所有“探头”的亮度应该大致相同，此时“探面”所在的面就应该是一个等势面。变换“探面”的位置和角度，如果“探面”上的各个“探头”亮度不再相同，则说明各“探头”所在处各点的电势高低有所不同，“探面”所在的面就不是一个等势面。
二、制作材料 泡沫箱（约400mm×300mm×200mm）1只，铝质薄板（家庭装潢用的金属扣板300mm×200mm）2块，J1206-1型电子开关式感应圈1只，自制“探头”（氖管并在其一端焊接一根导线，导线长度适中，导线穿过一个作为手柄使用的空心塑料管）1只，自制“探面”（由8只“探头”等间隔地排列在一个绝缘的透明的塑料薄板上，并装有手柄），导线等。 三、实验过程（如图3） ①把泡沫箱竖直放置在讲台上，口朝学生。在两侧壁上平行地、对称地固定好两块铝质薄板，形成平行板电容器。
②用导线分别把两块铝质薄板与感应圈的两极相连，把自制“探头”的连接线与其中一块铝质薄板相连。 ③接通感应圈电源，把“电压调节”旋钮调至“1”或“2”。手持自制“探头”的塑料手柄，在两块铝质薄板之间，上下或者左右移动“探头”，观察“探头”亮度的变化情况。亮度大的点，电势高，反之，电势低。 ④关闭感应圈电源，取下自制“探头”，换接自制的“探面”，重新开始实验。当“探面”平行于两块铝质薄板时，“探面”上各个“探头”的亮度大致相同，此面即为一个等势面；当“探面”垂直于两块铝质薄板时，“探面”上相距某一铝质薄板距离不等的“探头”的亮度会有所不同，此面就不是等势面；“探面”处在塑料箱之外，各“探头”也会呈现不同的亮度，说明在带电的电容器之外的空间，也有电场分布，各处电势也会有高低之分。 四、有关说明 ①本实验取材容易，经济实用，现象明显，形象直观，学生印象深刻。 ②本实验用时约3min，教学时间短，但效果却非常显著。 ③为了让讲台两边的学生都能清楚地观察到实验现象，可以适当转动泡沫箱口的方向。由于此实验系统很轻便，只要连接用的导线的长度适中，这样的转动很容易做到。 ④本实验中所用的氖管，具有很好的耐受性，即使在距离较小时出现火花放电，也不会把氖管烧坏，不用担心因烧坏氖管而导致实验失败等问题。 ⑤本实验采用感应圈给平行板电容器充电，因此在平行板之间产生了交变电场。但在某一瞬间，从“探头”的亮度仍然能够大致表征“探头”所在处电势的“高”与“低”。因此，在演示时可以不向学生作相关说明，以免分散学生的思维和注意力。本实验也可以把感应圈换为手摇起电机来进行实验，可以得到同样的实验现象和实验结论，只是效果不太好，同时也不够方便。 ⑥与“探头”或者“探面”相连接的电线对于平行板间的电场分布会产生影响和改变，但这种影响和改变是有限的，并没有改变电场分布的总体趋势，不影响实验现象，也不会影响到实验应有的结论。 ⑦从根本上讲，虽然氖管的电阻也会随其明亮程度的不同而有所变化，但氖管两端的电势差越大，通过氖管的电流也越大，这个规律并未改变。 ⑧如果把多个“探头”串联后进行探测，实验发现每个氖管的亮度总是基本相同（因为这时它们内部通过的电流相同），且它们的亮度均随探测点之间的电势差大小的变化而成正相关变化。为了说明问题，本实验中的氖管都不采用串联的连接方式。
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