由教材上的一個演示實驗引發對靜電計的探討

徐繼芳

(江蘇省徐州市第三十六中學 221000)

由教材上的一個演示實驗引發對靜電計的探討

徐繼芳

(江蘇省徐州市第三十六中學 221000)

靜電計是研究靜電場特性的一種重要儀器，教材雖有簡單的一句話介紹，但是很多學生對“從指針偏轉角度的大小可以推知兩個導體間電勢差的大小.”這句話并不是十分的了解，本文從靜電計的構造人手，介紹靜電計的工作原理及其在實際問題中的應用.

靜電計；平行板電容器；電壓

人教版《高中物理·選修3-1》第一章第8節“電容器的電容”一節，有一個演示實驗“研究影響平行板電容器電容大小的因素”.實驗中用靜電計與已經充電的平行板電容器相連，利用靜電計指針的偏角判斷電容器兩極板間電壓的大小.在學到這一節內容時，很多學生對靜電計的構造和作用并不是很清楚，因此對有關靜電計的問題也是似懂非懂，而關于靜電計的題目在以往的高考以及各地的模擬考試中都常常出現.筆者在此先介紹一下靜電計，并結合具體實例分析這種題的解題方法.

實驗室常用的靜電計是布勞恩靜電計，它的結構是在一絕緣底座上裝一鼓形鐵殼，鐵殼的前面裝有透明玻璃，后面裝有標有刻度的毛玻璃，在金屬殼中絕緣地安裝一根金屬桿，桿的上端為金屬小球，金屬桿下部的水平軸上裝有金屬指針，可繞水平軸靈活轉動.圓筒的底部有接線柱，可用來接地或與其它導體相連.這樣靜電計的金屬外殼與內部的金屬桿及金屬指針構成了一個特殊的電容器.金屬球、金屬桿和指針相當于電容器的一個極板，金屬外殼相當于另一個極板.靜電計電容的大小由金屬殼的尺寸和金屬桿及指針的長短、位置所決定.指針的偏轉角度變化對靜電計的電容影響很小，所以在指針轉動過程中可近似認為靜電計電容是不變的.將靜電計分別與平行板電容器的正負極板相連，靜電計金屬桿與外殼間的電壓與平行板電容器兩極板間的電壓相等.當靜電計的電容保持不變時，靜電計兩極間的電壓U與其帶電量Q成正比，U越大，Q越大，指針所受的電場力越大，指針偏角就越大.因此，指針偏角大小能定性地反映靜電計兩極間的電壓的大小，也就是與之相連的平行板電容器的電壓大小.靜電計的指針偏角越大，平行板電容器兩板間的電壓就越大；靜電計的指針偏角越小，平行板電容器兩板間的電壓就越小.

在考試中常常出現的是靜電計與平行板電容器相連的動態分析問題，下面舉例說明這種題的分析方法.

圖1

典例1 如圖1所示，平行板電容器已經充電，靜電計的金屬球與電容器的一個極板連接，外殼與另一個極板連接，實驗中極板所帶電荷量可視為不變.設電容器兩極板的正對面積為S，極板間的距離為d，靜電計指針偏角為θ，則下列關于實驗的分析正確的是( ).

A．保持S不變，減小d，則C增大，θ不變

B．保持S不變，增大d，則C減小，θ變大

C．保持d不變，減小S，則C增大，θ變小

D．保持S、d不變，在兩板間插入電介質，則C減小，θ變大

圖2

典例2 如圖2所示，電路中A、B為兩塊豎直放置的金屬板，C是一只靜電計，閉合開關S后，靜電計指針張開一個角度，下列做法可使靜電計指針張角增大的是( ).

A．使A、B兩板正對面積增大一些

B．使A、B兩板遠離一些

C．斷開S后，使A、B兩板正對面積減小一些

D．斷開S后，使A板向左平移一些

分析電容器與電源相連時，電容器兩極板間的電壓U不變；充完電與電源斷開后，板上的帶電量Q不變.

[1]楊衛華．靜電計及其應用[J]，物理教學探討，2005(3)：59-60．

[2]王大春．變異電容器-靜電計的點滴應用探析[J]，數理化學習·高中版，2015(12)：21-22．

G632

A

1008-0333(2017)33-0051-02

2017-07-01

徐繼芳(1979.3-)， 女，江蘇徐州人，大學本科，中小學一級職稱， 從事高中物理教學.

本文系江蘇省教育科學“十三五”立項課題《聚焦課堂細節的高中教學微創新研究》的階段性研究成果之一(項目編號：D/2016/02/141).

閆久毅]