2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-描绘电场的等势线实验专题（含解析）

这是一份2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-描绘电场的等势线实验专题（含解析），共14页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。

一、实验题
某同学用图甲所示的实验装置描绘点电荷电场的等势线。
下面是该同学的实验步骤，请完成相应填空：
(1)在平整的木板上钻两个小孔，固定两个圆柱形电极，然后依次铺放白纸、复写纸、导电纸，导电纸的导电物质的一面向上，并用图钉将它们固定好。
(2)用粗铁丝制成一圆环形电极，将其用金属夹固定在木板上，连接电源和电极。
(3)在导电纸上作出中央电极和圆环形电极上任意一点的连线，在连线上取间距相等的三个基准点A、B、C，如图乙所示。
(4)将连接电压传感器的两个探针分别拿在左、右手中，用左手中的探针跟导电纸上的某一基准点接触，然后用右手中的探针在导电纸平面上找若干个点，使传感器的显示读数为________(选填“最大”“某固定值”“零”)时，用探针把这些“点”压印在白纸上，记下该点位置，照此方法，可以画出与这些基准点电势相等的等势线。
(5)已知A点电势φA=−5 V，C点电势φC=5 V，则B点的电势φB_______于零。(选填“高”“低”或“等”)
在DIS描绘电场等势线的实验中。
(1)电源通过正负电极A、B在导电物质上产生的稳定电流分布模拟了由二个______产生的______。
(2)(单选题)在安装实验装置时，正确的做法是______
(A)在一块平整木板上依次铺放复写纸、白纸、导电纸
(B)导电纸有导电物质的一面应该向上
(C)连接电源正负极的电极A、B必须与导电物质保持绝缘
(D)连接电极A、B的电源电压为交流4−6V。
(3)在“用DIS描绘电场的等势线”实验中，按图所示连接电路。在电极A、B的连线上等距离地取a、b、c、d、e等5个基准点。将电压传感器的两个接线柱分别和两个探针相连接。当正接线柱的电势高于负接线柱时，读数为正。
①若在图中连接电压传感器正接线柱的探针接触a点，连接负接线柱的探针接触b点时，读数为负，则可以判断电极A接在电源的______极上(选填“正”或“负”)。
②若连接电压传感器的正负两个接线柱的探针分别接触a点和b点时示数为U1；分别接触b点和c点时示数为U2，则有|U1|______|U2|(选填“>”、“<”或“=”)。
“用DIS描绘电场的等势线”实验装置如图所示，电源正、负极分别与圆柱形电极A、B连接。
(1)在导电纸上产生的恒定电流场模拟了________产生的静电场；用_______传感器探测等势点；实验时，确定两点电势相等的依据是_________________。
(2)(单选)若用该装置描绘该电场的等势线，下列操作不对的是( )
A.在板上自下而上依次铺放白纸、复写纸和导电纸
B.导电纸有导电物质的一面向下
C.在电极A、B之间的连线上选取间距大致相等的5个点作基准点
D.连接传感器正、负极的红、黑色探针分别接触高、低电势处时示数为正
(3)(多选)若用电流场模拟静电场描绘电场中的等势线，下列情况能够实现的是( )
A.如图甲所示，圆柱形电极A、B均接电源正极，用以模拟等量正电荷的电场
B.如图乙所示，圆柱形电极A(在圆环中心)接电源正极，圆环电极B接电源负极，用以模拟正点电荷的电场
C.如图丙所示，两平行的长条形电极分别接电源正、负极，用以模拟匀强电场
D.如图丁所示，圆柱形电极A接电源负极，用以模拟负点电荷的电场
在“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的实验中。
(1)下列各实验步骤中，______有错误，应改为______；按正确操作步骤排序为______(填字母)。
A.在导电纸上画出两电极的连线，在该线上对称地找出等距的5个基准点(abcde)，并用探针印在白纸上；
B.连接好电极柱的电路并闭合电键；
C.在木板上先铺上白纸，再铺上复写纸，然后再铺上导电纸，导电面向下；
D.取下白纸，将所找的等势点连成等势线；
E.电压传感器的一个探针接触某基准点不动，另一探针缓慢移动直到显示电势差为零时复印一点，类似找出若干等势点。
(2)在电源接通的情况，ab间电势差Uab和bc间电势差Ubc的大小关系是Uab______Ubc(选填“>”，“<”或“=”)
(3)图2示黑点代表实验中各记录点，请将实验结果连成等势线，并画出三条电场线。
“用DIS描绘电场的等势线”实验装置如图所示，电源正、负极分别与圆柱形电极A、B连接。
(1)在导电纸上产生的恒定电流场模拟了______产生的______；用传感器探测______等势点。
(2)若用该装置描绘该电场的等差等势线(相邻等势线间电势差相同)，下列操作正确的是______
(A)在板上自下而上依次铺放白纸、复写纸和导电纸
(B)导电纸有导电物质的一面向下
(C)在电极A、B之间的连线上等距离地选取5个基准点
(D)连接传感器正、负极的红、黑色探针分别接触高、低电势处时示数为正
(3)若以A、B连线为x轴，A、B连线的中点O为坐标原点。将连接传感器正极的红色探针固定在A、B连线中垂线上的某一点，沿x轴移动黑色探针，记录x坐标和相应的传感器示数，y轴坐标表示传感器示数，则做出的y−x图线最接近下列哪个图象？______
“用DIS描绘电场的等势线”的，实验装置示意图如图所示。
(1)(单选题)该实验描绘的是______
(A)两个等量同种电荷周围的等势线
(B)两个等量异种电荷周围的等势线
(C)两个不等量同种电荷周围的等势线
(D)两个不等量异种电荷周围的等势线
(2)(单选题)实验操作时，需在平整的木板上由下往上依次铺放______
(A)导电纸、复写纸、白纸(B)白纸、导电纸、复写纸
(C)导电纸、白纸、复写纸(D)白纸、复写纸、导电纸
(3)(多选题)在安装实验装置时，正确的做法是______
(A)导电纸上所涂导电物质相当薄，故在定位时，不要用探针在导电纸上反复划动，应用点触法寻找等势点。
(B)导电纸有导电物质的一面应该向上
(C)连接电源正负极的电极A、B必须与导电物质保持绝缘
(D)连接电极a、b的电源电压为交流4−6V
(4)若电压传感器的红、黑探针分别接触图中d、f两点(f、d连线与A、B连线垂直)时，示数小于零，则可以判断电极A接在电源的______极上(选填“正”或“负”).为使示数为零，应保持红色探针与d点接触，而将黑色探针______(选填“向左”或“向右”)移动。
(I)(多选)如图所示的实验装置为库仑扭秤。细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球B，B与A所受的重力平衡。当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，A和C之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小，改变A和C之间的距离r，记录每次悬线扭转的角度，便可找到力F与距离r的关系。这一实验中用到了下列哪些物理方法

A.微小量放大法 B.极限法 C.比值定义法 D.控制变量法
(II)在“用DIS描绘电场的等势线”实验中，按图所示连接电路。在电极A、B的连线上等距离地取a、b、c、d、e 等5个基准点。将电压传感器的两个接线柱分别和两个探针相连接。当正接线柱的电势高于负接线柱时，读数为正。
(1)(多选)实验装置如图所示，如果以A、B两个电极的连线为ｘ轴，以A、B连线的中垂线为ｙ轴，每相隔一定电压就画一条等势线，那么这些等势线在空间的分布情况是

A.关于ｘ轴对称 B.关于ｙ轴对称
C.等势线之间的距离相等，间隔均匀D.距电极越近等势线越密
(2)若把电源电压提高到原来的2倍，则描绘得到的等势线形状与原来 (填“相同”或“不同”)，实验中如果忘记传感器调零，，则描绘得到的等势线形状与原来 (填“相同”或“不同”)。
实验题
(1)在用单摆测重力加速度的实验中：
(a)实验时必须控制摆角在 度以内，并且要让单摆在 平面内摆动；
(b)某同学测出不同摆长时对应的周期T，作出L−T2图线，如图所示，再利用图线上任意两点A、B的坐标(x 1，y 1)、(x 2， y 2)，可求得g= ．
(c)若该同学测量摆长时漏加了小球半径，而其它测量、计算均无误，则以上述方法算得的g值与没有漏加小球半径算得的g′值相比是g g′(选填“大于”、“小于”或“等于”)．
(2)在“用DIS描绘电场的等势线”实验如图所示，A、B是两个圆柱形电极，a、b、c、d、e是实验中选取的间距相等的5个基准点，c是AB的中点．
(a)(多选)关于该实验有下列叙述正确的是
A.本实验是用电流场来模拟静电场进行操作的
B.在木板上依次铺放白纸、导电纸和复写纸
C.实验中圆柱形电极与导电纸应有良好的接触
D.放置导电纸时有导电物质的一面向下
(b)对传感器进行调零后进行测量，如果传感器的红色探针跟导电纸上基准点C接触，黑色探针跟导电纸上Q点接触(已知Qc和Pb垂直于AB)，则传感器读数为 (选填“正”、“负”、“零”).如果传感器的红色探针跟导电纸上基准点b接触，黑色探针跟导电纸上P点接触，则传感器读数为 (选填“正”、“负”、“零”)．
答案和解析
1.【答案】(4)零；
(5)高。
【解析】
【分析】
考查点电荷的电场线与等势面的分布，掌握等差等势面的疏密与电场线的疏密的关系，同时注意AC间的零电势的位置是解题的关键。
【解答】
(4)将连接电压传感器的两个探针分别拿在左、右手中，用左手中的探针跟导电纸上的某一基准点接触，然后用右手中的探针在导电纸平面上找若干个点，使传感器的显示读数为零时，用探针把这些“点”压印在白纸上，记下该点位置，照此方法，可以画出与这些基准点电势相等的等势线；
(5)点电荷的等势线是以点电荷所在位置为圆心的同心圆。基准点A、B、C三点的距离相等，根据点电荷周围电场线分布的特点可知，A、B间各点的电场强度大于B、C间各点的电场强度，再根据U=Ed可知，UBA>UCB，即φB−φA>φC−φB，解得φB>0。
故答案为：(4)零；(5)高。
2.【答案】等量异种点电荷 静电场 B 负 >
【解析】
【分析】
本题考查用描迹法画出电场中等势线的实验，要注意明确实验原理，知道实验中应注意事项和实验方法。要读懂题中信息，再结合电场线的方向，即可确定电源的正负极。利用匀强电场中U=Ed，定性判断非匀强电场中电势差的关系。
【解答】
(1)电源通过正负电极在导电纸上产生的电流分布模拟了由二个等量异种电荷产生的电场。
(2)AB、本实验的整个操作在导电纸上进行的，必须在导电纸上找到等势点，所以在木板上依次铺放白纸、复写纸、导电纸，导电纸铺在最上面，且导电纸有导电物质的一面应该向上，故A错误，B正确；
C、连接电源正负极的电极a、b必须与导电纸保持良好接触，否则不能形成电流，故C错误；
D、本实验用电流场模拟了由二个等量异种点电荷产生的静电场，所以电极a、b的电源电压为直流4～6V，故D错误；
故选：B。
(3)①由题意，电压传感器读数为正时，正接线柱的电势高于负接线柱时，则电压传感器读数为负时，a点的电势低于b点的电势，电场线从B到A，故电极A接在电源的负极；
②根据等量异种电荷电场线的分布情况可知：a、b间电场线较密，b、c间电场线较疏，则a、b间场强较大，由U=Ed得知，|U1|大于|U2|；
3.【答案】(1)等量异号点电荷；电压，传感器示数为零(2)B(3)BC
【解析】
【分析】
(1)本实验在导电纸上产生的恒定电流场模拟了等量异号点电荷产生的静电场;用传感器探测电压等势点。
(2)作图利用复写纸作在白纸上，整个操作在导电纸上进行，可知在木板上依次铺放导电纸、复写纸和白纸;导电纸与电极接触应良好，有导电物质的一面应朝上。
【解答】
【解答】
(1)在导电纸上产生的恒定电流场模拟了等量异号点电荷产生的静电场;用传感器探测电压等势点，确定两点电势相等的依据是传感器示数为零。
(2) A、本实验采用描迹法画图，在板上自下而上依次铺放白纸、复写纸和导电纸，故 A正确。
B、导电纸有导电物质的一面应向上，故 B错误。
C、因为在电极A、B之间的连线上等距离间电势差不等，在电极A、B之间的连线上选取间距大致相等的5个点作基准点，故C正确。
D、连接传感器正、负极的红、黑色探针分别接触高、低电势处时示数为正，故 D正确。
故选B。
(3)A、圆柱形电极A、B均接电源正极，AB之间不能形成电流，无法用灵敏电流计找到等势点.故A错误．
B、C圆柱形电极A接电源正极，圆环电极B接电源负极，可以在AB之间形成电流，产生恒定的电流场，可以用此电流场模拟静电场.故BC正确．
D、只有电极，不能形成电流的通路，无法模拟静电场，故 D错误．
故选BC。
4.【答案】C 导电面向上 CABED >
【解析】
【分析】
本题考查采用等效电流场模拟电场线的实验，注意实验中采用了两电极在纸面上形成的稳定的直流电流，明确如何找出等电势点。
【解答】
(1)为了得出痕迹，应把白纸放在复写纸的下方，为了形成电流，导电纸应放到最上层且导电面朝上，故C错误；
该实验操作顺序为一铺、二画、三找、四描。
即先按顺序依次铺下白纸、复写纸、导电纸，再在导电纸上画出两电极的连线，最后闭合开关找出基准点的等势点，然后描点画图。
故正确操作步骤排序为：CABED；
(2)在电源接通的情况，M和N两电极之间的电场线与等量异种电荷电场线类似，即ab间的电场线比bc间电场线密，所以ab间电势差Uab比bc间电势差Ubc的大；
(3)将图表示的实验结果连成等势线(虚线)，并画出电场线(实线)如图：
5.【答案】(1)等量异种点电荷、静电场；电压；
(2)AD；
(3)B。
【解析】解：(1)在导电纸上产生的恒定电流场模拟了等量异种点电荷产生的静电场；用传感器探测电压等势点。
(2)A、本实验采用描迹法画图，在板上自下而上依次铺放白纸、复写纸和导电纸，故A正确。
B、导电纸有导电物质的一面应向上，故B错误。
C、因为在电极A、B之间的连线上等距离间电势差不等，所以不能选等距离的点为基准点，故C错误。
D、连接传感器正、负极的红、黑色探针分别接触高、低电势处时示数为正，故D正确。
故选：AD
(3)将连接传感器正极的红色探针固定在A、B连线中垂线上的某一点，当黑色探针在中垂线左侧时，红、黑色探针分别接触低、高电势，示数为负。黑色探针在中垂线右侧时，红、黑色探针分别接触高、低电势，示数为正，所以从A到B，示数先负后正，而且电势逐渐升高，所以B图正确。
故选：B
本题考查“用DIS描绘电场的等势线”实验，解题关键是懂得实验原理，本实验的原理是用恒定电流场模拟静电场，关键利用电压传感器要找到等势点。
6.【答案】(1)B；(2)D；(3)AB；(4)正； 向右。
【解析】解：(1)本实验是用DIS描绘电场的等势线，但事先是用恒定电流场来模拟静电场，由于两接线柱是正负极，所以模拟的是等量异种电荷的静电场，选项B正确。
(2)导电纸中有恒定电流，触头与此接触的，所以应放在最上层，那么按照能够留下印迹的常理，则第二、三层分别是复写纸和白纸，选项D正确。
(3)导电纸是在绝缘纸上涂的一层导电材料，导电层在上面，所以触头不能在上面反复划动，选项AB正确。连接电极与导电物质必须连通，选项C错误，由于是恒定电流场，所以只能接直流电，选项D错误，所以选项AB正确。
(4)若电压传感器的红、黑探针分别接触图中d、f两点(f、d连线与A、B连线垂直)时，示数小于零，则红探针的电势低，根据等量异种电荷电场的特征，可以确定A接正极，要使示数为零，则黑色探针应向右移动。
故答案为：(1)B；(2)D；(3)AB；(4)正； 向右。
本实验是用DIS描绘电场的等势线，但事先是用恒定电流场来模拟静电场，由于两接线柱是正负极，所以模拟的是等量异种电荷的静电场。要注意的是最后一问，必须结合等量异种电荷的电场特征进行判断。
7.【答案】(I) AD
(II)(1)ABD；(2)相同，不相同。
【解析】
(I) 【分析】
绝缘棒两端固定一个带电另一个不带电质量相同的小球，处于平衡状态时，让一带电小球C靠近，通过悬丝旋转角度可比较力的大小，从而得出力与距离和电量的关系。
库仑扭秤装置与卡文迪许扭秤装置有相似之处，且它们的规律也有相似之处，即力与各质量(电量)成正比，与间距平方成反比。
【解答】
当小球C靠近小球A时，旋转小角度，因此通过微小放大，能比较准确的测出转动角度．同时体现了控制变量法，即控制了电荷量，去研究库仑力与间距的关系；
故选AD。
(II)【分析】
(1)本实验利用恒定电流场模拟等量异种电荷的静电场，抓住对称性分析和等势线的分布情况进行选择；
(2)把电源电压提高，不改变等势线的分布情况。
本题采用实验模拟法，用恒定电流场模拟静电场，两个电极模拟两个点电荷．要抓住对称性掌握等势线的分布特点。
【解答】
(1)A、等量异种电荷的静电场具有对称性，根据等势的分布情况可知这些等势线在空间的分布情况是：关于x轴和y轴是对称的，故A、B正确；
C、等量异种电荷的静电场是非匀强电场，等势线之间的距离不相等，间隔也不均匀，故C错误；
D、距电极越近，电场强度越大，等势线越密；
故选 ABD。
(2)等量异种电荷等势线的形状与两个点电荷的电荷量无关，若把电源电压提高到原来的2倍，则描绘得到的等势线形状与原来是相同的；实验中如果忘记传感器调零，则描绘得到的等势线形状与原不相同；
故答案为：(1)ABD；(2)相同；不相同
8.【答案】(1)(a) 5 竖直 (b)4π2y2−y1x2−x1 (c) 等于
(2)(a)AC (b) 零 正
【解析】
(1)
【分析】
(1)单摆模型是一种理想化的模型，只有在摆动角度小于5°的范围内，其运动才近似为简谐运动，同时要注意不能做圆锥摆运动，否则误差较大；
(2)用图想法可以减小实验误差，而且图象直观形象，便于数据处理；
(3)漏加了小球半径后，直线的斜率不变，故不影响最后结果。
本题主要考查的是利用单摆测重力加速度中利用图像法求加速度，关键是掌握实验的原理。
【解答】
(a)单摆模型是一种理想化的模型，在摆动角度小于5∘的范围内，其运动近似认为简谐运动，同时要注意不能做圆锥摆运动，只能在同一竖直平面内运动。
(b)由周期公式T=2πLg
得L=g4π2T2
代入数据可得
g=4π2y2−y1x2−x1
c.通过第(2)问的结论可以知道，漏加了小球半径后(y2−y1)不变，故不影响最后结果。
故答案为：(a) 5；竖直 (b)4π2y2−y1x2−x1 (c) 等于。
(2)
【分析】
(1)本题要理解电场等势线描绘的方法，采用了恒定电流场来模拟静电场，根据实验中的实验方法及实验要求进行正确安装；
(2)根据电场线的分布规律可知两点间的电势高低，从而确定传感器的读数。
本题主要考查的是描绘电场的等势线，根据实验的原理和要求进行判断解答。
【解答】
(a)
A.本实验是用电流场来模拟静电场进行操作的，故A正确；
B.在木板上依次铺放白纸、复写纸和导电纸，故B错误；
C.实验中圆柱形电极与导电纸应有良好的接触，故C正确；
D.放置导电纸时有导电物质的一面应向上，故D错误。
故选AC。
(b)根据对应的电场线和电势分布规律可知，CG两点电势相等，故两指针接CQ时，传感器读数为零；如果传感器的红色探针跟导电纸上基准点b接触，黑色探针跟导电纸上P点接触，由于b点电势高于P点电势，故则传感器读数为正。
故答案为：(a)AC (b) 零 正。