用电压表能不能做“用描迹法画出电场中平面上的等势线”实验|电压表能不能串联

　　【摘要】用电压表做“用描迹法画出电场中平面上的等势线”实验，得到的实验结果不能令人满意。而用灵敏电流表或示波器做该实验，才是可行的实验方法。 　　【关键词】电压表 灵敏度 电流表 示波器
　　
　　在很多高三复习资料中，或在网上百度搜索，都介绍有用电压表描绘电场中平面上等势线的实验方法。到底能不能用电压表描绘电场中的等势线呢？我们先来了解资料、网上介绍的用电压表描绘电场中平面上等势线的方法。其大体做法如下：
　　图1为用电压表描绘等势线电路图，取一个6V的直流电源接在A、B两个圆形电极上，令负极的电势为0V，分别在导电纸上取电势为1V、2V、3V、4V、5V的五个基准点。因电压表量程大，为了减小读数误差，需要电压表示数较大，故保持一个探针与负电极接触，另一探针移动找出多个电压为1V的点，将这些点平滑连起来则得到一条电势为1V的等势线，依次类推可得到电势为2V、3V、4V、5V的等势线。
　　图2则是课本描绘等势线的电路图，实验时保持一个探针与基准点接触，另一探针在导电纸上移动找出电压为0的点，即为与基准点等电势的点，将这些点平滑连结就得到等势线。可以看出，两个实验方法的区别实质是电压表量程大故需要将示数“放大”来找等势点，而用灵敏电流表则可以用0读数找出等势点。
　　为了验证用电压表描绘等势线的实验方法是否可行，我决定抽取部分学生来做这个实验。考虑到高二、高三年级的学生已做过用灵敏电流表描绘等势线的实验，为了避免这些学生先入为主地做实验，我找了高一年级的10名学生来进行该实验。实验所用电压表为浙江临海生产的J0408型电压表，5名学生用3V量程做实验，5名学生用15V量程做实验。实验结果显示，用3V量程做实验的5名学生描绘得到的等势线较接近课本的等势线图，而用15V量程做实验的5名学生描绘得到的等势线图很不理想。为此，笔者也进行了用15V量程电压表描绘等势线实验，发现误差确实很大，以找中点3V的等势点为例，当探针在电极AB连线中点上方大约1cm处时，平行AB左右移动探针2mm范围内看到电压表读数都约是3V，读数基本没有变化，因而可以断定15V量程电压表描绘等势线实验方法不可行。
　　为什么用15V量程电压表描绘不出等势线呢？我认为主要还是电压表灵敏度低的原因。我们知道，电压表量程越大，其内阻也就越大，相同电压下通过电压表的电流就越小，指针偏转角度也就越小，因而电压小范围变化在大量程电压表上难以显示。这也是用电压表做实验时不用图2的原因，因为用图2做实验时难以判断电压表读数是否为0（找到等势点时的电压）。那么用图1将电压表示数放大后是否就解决了这个问题呢？正如电压表难以显示0V和0.01V的区别一样，它也难以显示1V和1.01V的区别，因而单单改变实验电路图并不足以克服电压表灵敏度低的缺点。再来想想为什么有5位学生用3V量程电压表按图1电路做实验却能得到较接近课本等势线图的结果呢？这主要是因为电压表量程小了，灵敏度提高了，在要求不高的情况下，得到了我们认可的实验结果。如果再仔细分析，则发现3V量程电压表做实验的效果也不如用灵敏电流表做实验的效果好！分析原因主要有：①3V量程电压表灵敏度依然不如灵敏电流表。②用电压表做实验时，因有电流通过电压表，改变了导电纸原来的电流场。实验结果也看到，用电压表做实验描得中间的3V等势线也不是一条垂直电极AB连线的中垂线，而是弯向正极B。基于以上原因，我认为用电压表并不适合做“用描迹法画电场中平面上的等势线”实验。
　　除了用灵敏电流表可以做这个实验外，在中学物理实验室中还可以用示波器来做这个实验。笔者实验中所用示波器产地为：杭州九二无线电厂，型号为：J2459型学生示波器。先按图2把灵敏电流表换成示波器，示波器的扫描范围旋到 1K档，衰减调到1档，Y增益调到较大，这样可得到一条水平扫描线，并且灵敏度很高。然后两支探针分别接Y输入和地，当两支探针接触的是等势点时，示波器上的水平扫描线不偏移。实验结果表明用示波器描出的等势线图是相当准确的。而如果把图1中的电压表换成示波器，将电源负极和示波器的“地”输入连接，Y输入则和一支探针连接。在找某一电势值的等势点时，应记住示波器的水平扫描线每次偏移的格数相同。由于示波器灵敏度高，并且接入电路后并不改变导电纸的电流场，所示实验得到的等势线图也很理想。为了能够快速找到等势线，在实验前，还可以先验明水平扫描线上下偏移与Y输入端的电势高低的关系。
　　通过以上理论分析和实验结果，归纳起来，做“用描迹法画出电场中平面上的等势线”实验，可以用灵敏电流表，也可以用示波器，但如果用电压表做该实验，得到的结果不能令人满意。