摘 要：在導(dǎo)電紙中通均勻直流電流模擬勻強(qiáng)電場，以一定距離選取基準(zhǔn)點(diǎn)，用靈敏電流計(jì)尋找等勢點(diǎn)，進(jìn)而描繪得到了等勢線。測量了相鄰等勢線間的電勢差，計(jì)算得出電勢差與間距的比值近似與理論數(shù)值相等。

關(guān)鍵詞：勻強(qiáng)電場；導(dǎo)電紙；電勢

勻強(qiáng)電場是高中物理一個極其重要的教學(xué)內(nèi)容，是學(xué)生對電場分布、電場與電勢關(guān)系理解由淺入深的重要一步，且?guī)щ娏Ｗ釉趧驈?qiáng)電場與磁場混合空間內(nèi)的運(yùn)動是高考考點(diǎn)之一?，F(xiàn)實(shí)中盡管可以用直流電源給兩平行電極板充電，在兩平行極板間距非常小時，板間中央位置處電場可近似為勻強(qiáng)電場，但是很難用實(shí)驗(yàn)方法測量該處的電場強(qiáng)度、方向及其他參數(shù)。由于電流方向與電場方向相同，電阻一定時，電勢又與電流強(qiáng)度成正比，電勢與距離的比值在數(shù)值上與電流相關(guān)。電流均勻地通過導(dǎo)電紙，與勻強(qiáng)電場性質(zhì)有許多近似點(diǎn)，可認(rèn)為電場均勻地分布在導(dǎo)電層上，從而模擬勻強(qiáng)電場。該法可以測量任意兩點(diǎn)間的電勢，同時根據(jù)電場方向跟等勢線垂直的特點(diǎn)得到勻強(qiáng)電場的性質(zhì)。

一、實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)所需的儀器有：玻璃板或光滑薄木板、白紙、復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙、兩尺長的鋁或銅薄片、自制電極、6V恒壓電源、靈敏電流計(jì)、兩個或更多接線柱（多個接線柱可用來固定導(dǎo)電紙）、電壓表外接兩個探針（或萬用表）等。實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)滿足一定的條件，以符合測試要求。

1.實(shí)驗(yàn)器材的選擇

本實(shí)驗(yàn)中的導(dǎo)電紙應(yīng)滿足一定的特點(diǎn)：紙質(zhì)不能太硬，探針可以通過復(fù)寫紙?jiān)诎准埳狭粝潞圹E為宜；導(dǎo)電層均勻，滿足一定的導(dǎo)電性能且電阻率適中。電阻率過大，電壓表測電壓時會產(chǎn)生分流作用，使測量結(jié)果偏小；電阻率太小，實(shí)驗(yàn)過程中不慎的話容易將靈敏電流計(jì)燒壞?？蓽y量導(dǎo)電紙的電阻性能，裁取10cm×1cm的導(dǎo)電紙，然后將萬用表表筆的金屬端平壓到該樣紙的兩端測其電阻（如圖1）。一般該尺寸的導(dǎo)電紙電阻約為10kΩ，有的電阻率更大，為了改善導(dǎo)電紙的導(dǎo)電性能，可采用稀釋食鹽潤濕的方法。實(shí)驗(yàn)應(yīng)選用較大電壓的電源以及內(nèi)阻較高的電壓表，同時在導(dǎo)電紙上選取的基準(zhǔn)點(diǎn)間距不應(yīng)過大。鋁或銅薄片與導(dǎo)電紙接觸面應(yīng)非常光滑，邊沿應(yīng)非常直，電壓表內(nèi)阻應(yīng)盡量大。

2.勻強(qiáng)電場的模擬方法

可利用電流均勻地通過導(dǎo)電紙模擬勻強(qiáng)電場，將導(dǎo)電紙導(dǎo)電面的兩端與金屬電極片緊密地接觸（如圖2），在兩金屬片上分別連接恒定電流源的兩極，導(dǎo)電紙的導(dǎo)電材料均勻度足夠好時，導(dǎo)電紙上各處的電流大小、方向都一致。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

在薄木板或玻璃板上逐層平鋪白紙、復(fù)寫紙和導(dǎo)電紙（導(dǎo)電面向上）。首先在導(dǎo)電紙上選取基準(zhǔn)點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)所用導(dǎo)電紙尺寸為20cm×13cm，金屬片寬度約為1.2cm。預(yù)留導(dǎo)電紙中間的18cm×13cm作為模擬區(qū)域，在平行于長邊方向上隔3cm取一個基準(zhǔn)點(diǎn)，將基準(zhǔn)點(diǎn)編號0～6號。將金屬片內(nèi)側(cè)緊貼導(dǎo)電紙最外側(cè)兩個基準(zhǔn)點(diǎn)垂直于長邊方向固定，然后將恒壓直流源兩極分別接到兩金屬片上。從基準(zhǔn)點(diǎn)沿垂直于長邊方向?qū)ふ业葎蔹c(diǎn)，找到等勢點(diǎn)用探針點(diǎn)壓。用電壓表分別測量相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)間的電壓并記錄數(shù)值（如果用萬用表測電壓，黑表筆在低電勢點(diǎn)，紅表筆在高電勢點(diǎn)），取下白紙，用平滑曲線連接等勢點(diǎn)即為等勢線。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)誤差不可避免，首先受導(dǎo)電紙的生產(chǎn)工藝影響，導(dǎo)電層不可能完全均勻；其次電壓表內(nèi)阻不是無窮大，電壓表會產(chǎn)生分流作用使測量結(jié)果偏??；最后金屬片表面不是非常光滑，與導(dǎo)電層接觸不完全，甚至導(dǎo)電紙鋪得不平整等都可能產(chǎn)生誤差。

二、靜電屏蔽模擬

依靠導(dǎo)電紙可非常方便地模擬靜電屏蔽現(xiàn)象（如圖3），將鋁絲緊貼導(dǎo)電紙的導(dǎo)電層并形成閉合回路（注意鋁絲與兩電極片間保持一定的距離，防止短路）。將導(dǎo)電紙上的電極分別連接電源兩極，用電壓表的表筆測量閉合回路內(nèi)以及鋁絲上任意兩點(diǎn)間的電壓，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電壓表的度數(shù)為零。同時用電壓表測量回路外的電勢，發(fā)現(xiàn)外部的電流分布不再均勻。如果只是研究靜電屏蔽現(xiàn)象，就可以不接兩個金屬片，只接兩個電極，但是金屬回路對原導(dǎo)電紙中電場的影響不易觀測。

利用導(dǎo)電紙可以近似得到勻強(qiáng)電場，進(jìn)而測量了解其特性以及電勢差等參數(shù)，測量發(fā)現(xiàn)結(jié)果略小于理論值，原因是電壓表的分流。等勢線方向垂直于導(dǎo)電紙的長邊方向，電場方向沿長邊方向。現(xiàn)實(shí)中的電場都是三維，而采用導(dǎo)電紙模擬法只能在平面內(nèi)得到相關(guān)規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

鄭金.探究伏安法測量電路的誤差[J].湖南中學(xué)物理.

作者簡介：唐雅迪，女，就職學(xué)校：湖南省長沙市雅禮中學(xué)，研究方向：物理。