由教材上的一個演示實驗引發(fā)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(fā)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(zhuǎn)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(gòu)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(jié)“電容器的電容”一節(jié)，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(jīng)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(jié)內(nèi)容時，很多學生對靜電計的構(gòu)造和作用并不是很清楚，因此對有關(guān)靜電計的問題也是似懂非懂，而關(guān)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(xiàn).筆者在此先介紹一下靜電計，并結(jié)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(nèi)部的金屬桿及金屬指針構(gòu)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(zhuǎn)角度變化對靜電計的電容影響很小，所以在指針轉(zhuǎn)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(xiàn)的是靜電計與平行板電容器相連的動態(tài)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(jīng)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(shè)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(guān)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(zhì)，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(guān)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(wèi)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(shù)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(jié)的高中教學微創(chuàng)新研究》的階段性研究成果之一(項目編號：D/2016/02/141).

閆久毅]