由教材上的一个演示实验引发对静电计的探讨

徐继芳

(江苏省徐州市第三十六中学 221000)

由教材上的一个演示实验引发对静电计的探讨

徐继芳

(江苏省徐州市第三十六中学 221000)

静电计是研究静电场特性的一种重要仪器，教材虽有简单的一句话介绍，但是很多学生对“从指针偏转角度的大小可以推知两个导体间电势差的大小.”这句话并不是十分的了解，本文从静电计的构造人手，介绍静电计的工作原理及其在实际问题中的应用.

静电计；平行板电容器；电压

人教版《高中物理·选修3-1》第一章第8节“电容器的电容”一节，有一个演示实验“研究影响平行板电容器电容大小的因素”.实验中用静电计与已经充电的平行板电容器相连，利用静电计指针的偏角判断电容器两极板间电压的大小.在学到这一节内容时，很多学生对静电计的构造和作用并不是很清楚，因此对有关静电计的问题也是似懂非懂，而关于静电计的题目在以往的高考以及各地的模拟考试中都常常出现.笔者在此先介绍一下静电计，并结合具体实例分析这种题的解题方法.

实验室常用的静电计是布劳恩静电计，它的结构是在一绝缘底座上装一鼓形铁壳，铁壳的前面装有透明玻璃，后面装有标有刻度的毛玻璃，在金属壳中绝缘地安装一根金属杆，杆的上端为金属小球，金属杆下部的水平轴上装有金属指针，可绕水平轴灵活转动.圆筒的底部有接线柱，可用来接地或与其它导体相连.这样静电计的金属外壳与内部的金属杆及金属指针构成了一个特殊的电容器.金属球、金属杆和指针相当于电容器的一个极板，金属外壳相当于另一个极板.静电计电容的大小由金属壳的尺寸和金属杆及指针的长短、位置所决定.指针的偏转角度变化对静电计的电容影响很小，所以在指针转动过程中可近似认为静电计电容是不变的.将静电计分别与平行板电容器的正负极板相连，静电计金属杆与外壳间的电压与平行板电容器两极板间的电压相等.当静电计的电容保持不变时，静电计两极间的电压U与其带电量Q成正比，U越大，Q越大，指针所受的电场力越大，指针偏角就越大.因此，指针偏角大小能定性地反映静电计两极间的电压的大小，也就是与之相连的平行板电容器的电压大小.静电计的指针偏角越大，平行板电容器两板间的电压就越大；静电计的指针偏角越小，平行板电容器两板间的电压就越小.

在考试中常常出现的是静电计与平行板电容器相连的动态分析问题，下面举例说明这种题的分析方法.

图1

典例1 如图1所示，平行板电容器已经充电，静电计的金属球与电容器的一个极板连接，外壳与另一个极板连接，实验中极板所带电荷量可视为不变.设电容器两极板的正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ，则下列关于实验的分析正确的是( ).

A．保持S不变，减小d，则C增大，θ不变

B．保持S不变，增大d，则C减小，θ变大

C．保持d不变，减小S，则C增大，θ变小

D．保持S、d不变，在两板间插入电介质，则C减小，θ变大

图2

典例2 如图2所示，电路中A、B为两块竖直放置的金属板，C是一只静电计，闭合开关S后，静电计指针张开一个角度，下列做法可使静电计指针张角增大的是( ).

A．使A、B两板正对面积增大一些

B．使A、B两板远离一些

C．断开S后，使A、B两板正对面积减小一些

D．断开S后，使A板向左平移一些

分析电容器与电源相连时，电容器两极板间的电压U不变；充完电与电源断开后，板上的带电量Q不变.

[1]杨卫华．静电计及其应用[J]，物理教学探讨，2005(3)：59-60．

[2]王大春．变异电容器-静电计的点滴应用探析[J]，数理化学习·高中版，2015(12)：21-22．

G632

A

1008-0333(2017)33-0051-02

2017-07-01

徐继芳(1979.3-)， 女，江苏徐州人，大学本科，中小学一级职称， 从事高中物理教学.

本文系江苏省教育科学“十三五”立项课题《聚焦课堂细节的高中教学微创新研究》的阶段性研究成果之一(项目编号：D/2016/02/141).

闫久毅]