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1、中学物理年月 静电计与验电器的辫析 令张树德 在高中物理选修 一 第一章第七节中 , 研 究平行板电容器的电容时 , 用到了静电计 , 不少 学生认为静电计就是验电器为了帮助学生进 一步了解二者的区别 , 从以下几点论述 它们结构确实很像 , 静电计中金属杆下部 的水平轴上装有金属指针 , 指针可以绕水平轴 灵活转动 , 外面圆筒是金属的 , 底部有接线 柱 而在验 电器中金属杆的下部悬挂着两片金箔 , 外面圆筒可以不是金属的 , 当然也没有接线柱 它们前后都要用玻璃罩住 , 以免引起对流底座 都很重 , 增加稳定性 静电计的金属杆 、 金属指针与金属外壳构 成了电容器的两个极板 , 但结构决
2、定了它的电 容很小但基本不变金属杆与指针带电时 , 金属 外壳的内壁上会感应出异种电荷 , 使金属指针 不仅受到金属杆所带的同种电荷的斥力作用 , 还受到外壳内壁上的异种感应电荷的引力作用 外壳的感应 电荷对内部作用力互相抵消 , 指 针所受作用力的大小决定于壳内空间的电场强 度的大小 , 而电场强度决定于金属杆与金属外 壳之间的电势差 , 因此指针张角的大小 由金属 杆与外壳间的电势差决定 也可以从电容的定义出发理解 , 为定值 , 当两个极板电势差升高时 , 也增加 , 即金属杆 、 金属指针上的电荷多了 , 指 针张角的变大 而验电器的外壳多数是用玻璃 制作 , 当壳 内金箔带电时 ,
3、在玻璃外壳上不会出现感应电 荷 , 至多在内外表面上形成极微量的极化电荷 , 其影响完全可以忽略不计 , 所以玻璃外壳与内 部金属不能构成电容器金属球和金属杆可看 作是孤立的导体 , 金箔张角的大小只决定于金 属球 、 金属杆带电荷量的多少 , 与金属杆跟外壳 之间的电势差无关而且玻璃外壳不是一个等 势体 , 其内外表面及表面上各点电势并不相等 这是验电器和静电计之间的主要差别 静电计也称作指针式验电器 , 这就说明它 完全具备验电器 的各种作用由于静电计的特 殊结构 , 使得它又具备验电器不能替代的某些 作用 静电计的作用如下 定量测量两导体间的电势差将静电 计的金属球和金属外壳分别用导线与
4、被测量的 两个导体连接 , 当电荷停止移动后 , 静电计的金 属杆与外壳之间的电势差等于被测量的两个导 体间的电势差 定量测量某导体的电势把静电计的 外壳接地 , 金属球和被测导体相连 , 那么金属指 针所指刻度就表示该导体和大地之间的电势 差取大地 电势为零 , 此读数即表示该导体的电 势 验电器的作用如下 检验导体是否带电将被检验导体与 验电器的金属球直接接触或用导线相连 , 观察 验电器金箔是否张开 , 即可判断导体是否带电 也可让被检验导体不与金属球接触而只是靠近 金属球 , 如果导体带电 , 由于静 电感应 , 也会使 验电器的金属球和金箔上分别感应出异种电荷 而使金箔张开 检验导体
5、所带电性 让已经带上正电 的验电器的金属球与被检验导体相靠近 , 如果 验电器 的金箔张角变大 , 说明被检验导体带正 电 , 这是由于同性电荷相斥 , 使验电器金属球上 2X (9年 月 丫乞】 中学物理 的电荷向金箔转移而使金箔张角变大如果金 箔张角变小 , 说明被检验导体带负电或者不带 电 , 这是由于异性电荷相吸 , 使金箔上的正电荷 向金属球转移而使金箔张角变小在这种情况 下 , 可再让被检验导体靠近已经带上负电的验 电器 的金属球 , 若金箔张角变大 , 则可确认被检 验导体带负电 在教材中的演示感应起电机给静电计带 电详参阅选自选 一 , 图 一 保持 和不变 , 越小 , 静电
6、计的偏转角 度越大 , 越大 , 电容越小 保持 和不变 , 越大 , 偏转角度越小 , 越小 保持 、 都不变 , 在两极板 间插人 电 介质板 , 静电计的偏转角度并且减小 , 电势差 越小电容增大 结论平行板电容器 的电容与介电常 数 。 成正比 , 跟正对面积成正比 , 跟极板间的 距离成反比 在实验中 , 一直认为平行板电容器所带的 电荷不变 , 是因为平行板电容器的电容很大 , 而 静电计的电容很小 , 从平行板电容器转移到静 电计上的电荷只是沧海一粟 、 九牛一毛罢 了 另外 , 学生也会 自然的想到用电压表测 电 压 , 似乎与静电计有着相同的功能 , 其实不然 , 电压表是电
7、流表串联上分压电阻后改装而成 的 , 当有电流流过 电流表时 , 表内线圈在磁场中 受到安培力的作用而指针发生偏转 , 可见 , 要使 电压表上有读数 , 必然是电路中有电流通过 电 压表时 , 这与静电计有着本质的差异 所以要想 保持电容器装的电荷量不变 , 只 能用静电计 测量 【作者单位 黑龙江省佳木斯一 中】 被测电阪多 习卜最 适当 令陈永平 问题提出 伏安法测电阻有内 、 外接两种方法 , 如图 和图 刊一石 曰 戈 图图 内接法 , 测量值偏大 , 测大电阻误差小 , 外 接法测量值偏小 , 测小电阻误差小此结论当前 教师们普遍采用理论推导的方法 , 如果用实验 探究 , 教师们
8、也 常用演示实验 的方法 , 极少用学 生实验让学生自主探究的究其原因是目前实 验室能提供学生实验的电表是量程和 的电流表和量程是和的电压表 学 生用这两种电表进行实验探究时 , 多数情况是 失败的 原因是被测电阻阻值太小 , 电压表不能 读数 , 被测 电阻阻值太大 , 电流表示数无区别 如何选择适当的被测电阻便成了学生探究实验 成功 的关键那么 , 如何选 择适当的被 测 电 阻呢 实验分析与讨论 下面采用试探的方法对不同阻值的电阻进 行内 、 外接法对比测量本次实验选取的器材 有新的号干电池两节 , 量程和的 电流表一只 , 量程和巧的电压表一只 , , 汀 , 滑动变阻器一只 , 电键一只 , 导线
