“驗電器”是怎麼變成 “靜電計”的?

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驗電器,靜電計,構造,作用,圖解

驗電器和靜電計是研究靜電場特性的兩種重要實驗儀器,兩者看似“相同”,實則稍有差異。

1.驗電器

驗電器是用來檢驗物體是否帶電,帶電量多少,以及帶電種類等的簡單裝置。

(1)基本構造

如下圖所示,玻璃瓶,橡膠塞,金屬桿,金箔(或鋁箔)片。

“驗電器”是怎麼變成 “靜電計”的?

(2)工作原理

接觸法判斷:如下圖甲,帶電體與驗電器接觸後,兩金箔(或鋁箔)片分得部分同種電荷,因同種電荷相互排斥而張開一定角度。帶電體的電荷量越大,兩金箔(或鋁箔)片所分的電荷越多,斥力越大,張角越大。

“驗電器”是怎麼變成 “靜電計”的?

感應法判斷:如上圖乙,帶電體靠近驗電器後,近端感應出異種電荷,遠端——兩金箔(或鋁箔)片感應出同種電荷,因同種電荷相互排斥而張開一定角度。帶電體的電荷量越大,兩金箔(或鋁箔)片所感應的電荷越多,斥力越大,張角越大。

2.靜電計

靜電計除了具有“驗電”的功能外,還可以用來測量兩個導體之間的電勢差。

(1)基本構造

如下圖所示,與驗電器相比,最大的變化是把金箔(或鋁箔)片換成了金屬指針,把玻璃瓶換成了金屬外殼。

“驗電器”是怎麼變成 “靜電計”的?

(2)工作原理

靜電計其實就是一個特殊的電容器:金屬球、金屬桿和金屬指針相當於電容器的一個電極,金屬外殼相當於電容器的另一個電極,它們之間的空氣是絕緣物質。由於指針的偏轉角變化對靜電計的電容影響很小,所以可近似認為其電容是不變的。

“驗電器”是怎麼變成 “靜電計”的?

如上圖所示,當金屬球和金屬外殼分別與電源的正、負極連接時,靜電計充電,金屬指針在金屬桿上同種電荷的斥力及金屬外殼內壁上異種電荷的引力作用下而張開一定角度。根據電容C=Q/U可知,電源兩端的電壓U越大,靜電計兩個電極上的帶電量Q越大,金屬指針的偏角也越大,所以指針偏角的大小能定性地反映電源的正、負極間的電壓大小。

如下圖就是教材中利用靜電計“研究影響平行板電容器電容大小的因素”的實驗裝置。

“驗電器”是怎麼變成 “靜電計”的?

圖中左側極板和金屬外殼都接地,兩者實際是連接的

當改變電容器兩極板的正對面積、間距或板間介質時,電容器的帶電量Q幾乎不變,根據電容C=Q/U可知,只要用靜電計測出兩極板間電勢差U的變化,就可以推知電容的變化,從而確定各因素對電容器電容的影響。

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分析電容器動態分析問題的“3-2-1”


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