电场中的等势面及应用

华继承

电何及带电导体周围存在着一种特殊物质电场。看不见摸不着，很抽象，但又客观存在。为了形象地描述电场，我们引进了电场线，与电场线功能相似，等势面也能形象地描绘电场。 电场中各点的电势一般不同，但也有许多点的电势相等。我们把电场中电势相等的点构成的面叫作等势面在电场中移动电荷，静电力做的功只与电荷的起始位置和终止位止（所在点的电势）有关，与电荷经过的路径无关，即

。所以在同一等势面上移动电荷时静电力不做功。电场线和等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。

实际测量过程中，电势的测定比场强测定容易，在研究电场时常常先绘出等势面的分布，再由二者是垂直关系，得到电场线的分布。下面我们通过实验来测绘两个等量异种电荷周围的等势面，从而得到具电场分布。

【实验原理】

用导电纸上形成的稳恒电流场来模拟静电场，当两探针与导电纸上电势相等的两点接触时，与探针相连的灵敏电流计中通过的电流为零，指针不偏转，从而可以利用灵敏电流计找出导电纸上的等势点，并依据等势点描绘出等势线。

【实验器材】

学生电源或电池组（电压约为6V），灵敏电流计，开关，导电纸，复写纸，白纸，圆柱形金属电极两个，探针两支，导线若干，木板一块，图钉，刻度尺。

【实验步骤】

1.在平整的木板上，由下而上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张，导电纸有导电物质的一面要向上，用图钉把白纸、复写纸、和导电纸一起固定在木板上。

2.在导电纸上平放两个跟它接触良好的圆柱形电极，两个电极之间的距离约为10cm，将两个电极分别与电压约为6V的直流电源的正负极相接，作为“正电荷”和“负电荷”，再把两根探针分别接到灵敏电流计的“+”、“-”接线柱上（如图1所示）。

3.在导电纸上画出两个电极的连线，在连线上取间距大致相等的五个点作基准点c，d，e，f，g，并用探针把它们的位置复印在白纸上（如图2所示）。

4.接通电源，将一探针跟某一基准点接触，然后在这一基准点的一侧距此基准点约1cm处再选一点，在此点将另一探针跟导电纸接触，这时一般会看到灵敏电流计的指针发生偏转，左右移动探针位置，可以找到一点使电流计的指针不发生偏转，用探针把这一点位置复印在白纸上（如图3所示）。

5.按步驟4 的方法，在这个基准点的两侧逐步由近及远地各探测出五个等势点，相邻两个等势点之间的距离约为1cm。

6.用同样的方法，探测出另外四个基准点的等势点。

7.断开电源，取出白纸，根据五个基准点的等势点，画出五条平滑的曲线，这就是五条等势线（如图4所示）。

8.根据电场线与等势线垂直画出对应电场线。

描绘等势线的实验在生产生活中用途广泛，例如在设计电子仪器（如导波管，电子显微镜等）中电极的形状、大小和相互位置时，都要利用试验来模型测绘等势面的形状和分布，推知电极产生的电场情况，以便测定符合实际要求的设计方案。

电场的强弱可用等势面形象描绘，在地理课中常用等高线来表示地势的高低，与此相似，在电场中可用来表示电势的高低。等势面密的地方，电场线密，电场强。下面是等高线与等势面的对比示意图。endprint