静电实验研究

王俊博

知识与技能：让学生学会正确使用物理仪器做静电实验;了解静电实验的关键和一般注意事项;掌握静电实验中主要仪器的构造及使用方法。

过程与方法：通过实验研究与分析比较，培养学生分析问题的能力，使学生学会用实验验证理论的科学方法。

情感态度价值观：培养学生的创新精神和严谨认真的科学态度。

教學重点 静电实验的基本技术。

教学难点 做好静电实验的关键。

实验仪器

2304箔片验电器、静电计、J2309平行板电容器、验电羽、尖型布电器、韦氏感应起电机、各种导体和绝缘体。

实验原理与步骤

（一）摩擦带电

两种不同性质的物质互相接触时，由于两物质原子核外电子分布的不同，两者之间就存在着一个电位差，使电子从一物质转移到另一物质。两物体互相摩擦，也可以使两者带电，摩擦的作用使两物体互相的接触点增多，接触更紧密，从而增加电子转移的机会。加之由于物体互相摩擦，温度升高，加速了电子的转移。所以，常用两种不同的物体相摩擦而带电。

用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷，将包裹着玻璃棒的丝绸紧紧地握在手中，迅速抽出玻璃棒，然后把玻璃棒在验电器的金属导棒上来回摩擦几次。摩擦的过程中，旋转手中的玻璃棒，此时可以观察到验电器的金属箔片张开。

可以用氖管的起辉区域不同来检验带电体的带电性质。手持氖管的一端靠近带电体，如果氖管起辉出现在靠近带电体一端，说明物体带负电;如果氖管起辉出现在远离带电体一端（靠近手握的一端），物体带正电。这是因为手持氖管一端相当于零电位，氖管辉光放电的阳极光层总是发生在低电位处。故可由氖管起辉的区域不同，判断物体带电的性质。

（二）使验电器带电的两种基本方法

1.接触带电：将一个带电导体与验电器导棒接触箔片随之张开。

2.感应带电：把带正电的玻璃棒移近验电器顶端的金属球，金属球就感应获得负电，而远端箔片上就获得正电。

（三）静电起动机

静电实验中如需获得较高的电压或较多的电量，需要用到静电起动机。

1.用韦氏感应起电机演示尖端放电现象

孤立导体的电荷分布由自身的形状及带电量决定。一般认为，在孤立导体表面向外突出处的电荷较密，平坦处的电荷较疏，内凹面处的电荷最疏。导体尖端上电荷特别密集，该处的空气可能被电离成导体而出现尖端放电现象。

将两个尖型布电器用绝缘导线分别与韦氏起电机的两个金属杆连接起来。把两个尖型布电器的尖端互相靠近，转动摇柄时可以观察到两尖端之间出现强烈的火花放电现象。

2.检验韦氏起电机两电极所带电荷性质

起电机能正常放电后，暂停摇动，充分放电。断开起电机上两个接线柱之间的连接片，然后将两放电球之间的距离调整到1厘米左右。慢速摇动起电机，使发生火花并放电。注意观察，发射火花的球为正电极，另一球为负电极。

（四）平行板电容器的实验

将平行板电容器的一个极板与静电计相连，再将另一圆板与静电计外壳相连并接地，使其两板靠近。

1.平行板电容所带电量与两板间的电势差的关系

用感应起电机给与静电计连接的金属板充电，静电计张开一定的角度。保持两板的距离不变，加快感应起电机的转速，静电计的张角逐渐增大。由此说明，所带电量越多，电势差越大。

2.平行板电容器的电容与两板间距离的关系

调节两个金属平行圆板的相对位置，使其相距15～20毫米，给金属圆板充电并记录静电计指针的位置，然后将两板尽可能靠近（不要接触）。可以观察到静电计指针张开的角度随两板距离的缩小而减小。再将两板逐渐移开，则静电计指针角度又随两板间距的变大而增大。

3.平行板电容器的电容与两板的相对有效面积的关系

保持圆板所带电量和两板间距不变，把其中一块圆板的底座推开，这时静电计的张角随两板间的相对面积的减小而增大。说明平行板电容器两板间相对的有效面积越大，电容也越大。

4.平行板电容器的电容与电介质的关系

保持圆板所带电量和两板间距不变，在两板间插入或抽出不同电介质，可以观察到静电计指针的角度会变化。这说明平板电容器的电容与两板间的电介质有关系。

问题与讨论

1.摩擦起电的本质是什么？在摩擦的过程中为什么不将两物体（如丝绸与玻璃棒）来回摩擦？

2.导体与绝缘体各自起电后，分别用接触的方法使另一物体带电，具体应该怎么做？导体与绝缘体起电后所带电荷有什么不同？

3.演示电容器电容量与哪些因素有关，如何确定电容值的变化，静电计指针表示什么物理量？

4.静电计与验电器有什么区别？

作者单位  陕西省西安市东元路学校