靜電計的工作(zuò)原(yuán)理

將靜電計的(dí)金屬球(qiú)和金(jīn)屬外(wài)殼分別與(yǔ)被測(cè)量的導體用導綫連接，例如分(fēn)別(bié)與(yǔ)平行板電(diàn)容器的(dí)正負(fù)極(jí)板(bǎn)

相連．當電荷停止(zhǐ)移動後，

靜電計的金屬(shǔ)杆(gān)與外殼之(zhī)間(jiān)的(dí)電勢(shì)差，

跟平(píng)行板電(diàn)容器兩(liǎng)極(jí)板(bǎn)間的(dí)電(diàn)勢差相等(děng)．由於(yú)靜電(diàn)計也(yě)是一個電容(róng)器(qì)，其指針所帶電荷(hé)量(liáng)跟(gēn)指(zhǐ)針和外(wài)殼間的電勢差成(chéng)正比，電勢差越大，指針(zhēn)帶電荷量越(yuè)多，張開(kāi)的角(jiǎo)度(dù)也(yě)越大，所以根據(jù)指(zhǐ)針所(suǒ)指(zhǐ)刻度(dù)，可以(yǐ)定(dìng)量地知(zhī)道指針與外(wài)殼問(wèn)的電勢(shì)差(chà)，也就知(zhī)道了(liǎo)平行板電容(róng)器(qì)兩極板(bǎn)間的(dí)電(diàn)勢差(chà)．由於靜(jìng)電計的(dí)電容量很(hěn)小，所(suǒ)獲(huò)得的電(diàn)荷量與(yǔ)平行(háng)板電(diàn)容器原來(lái)所帶電荷量相(xiāng)比較(jiào)可(kě)以忽略不(bù)計，故(gù)可認為(wéi)測(cè)量(liáng)前後平行板(bǎn)電容器所(suǒ)帶(dài)電(diàn)荷(hé)量基(jī)本不變(biàn)，兩板(bǎn)電(diàn)勢(shì)差(chà)也基本(běn)不(bù)變．

靜電計(jì)與驗(yàn)電器

驗(yàn)電(diàn)器(qì)和(hé)靜電計(jì)是研究(jiū)靜電(diàn)場特(tè)性的(dí)兩種重(zhòng)要(yào)實驗儀器，但對(duì)這兩種(zhǒng)儀器在結構和作(zuò)用(yòng)方麵的異同(tóng)，

多(duō)數學(xué)生(shēng)並不清楚，甚至存(cún)在一些(xiē)誤解(jiě)。例(lì)如認為“隻(zhī)要把(bǎ)驗電器(qì)的金(jīn)屬箔(bó)換成金(jīn)屬指針就(jiù)變(biàn)成靜電計”，對(duì)“靜電(diàn)計為(wéi)什麼能測量電勢差(chà)”，“靜(jìng)電(diàn)計不能用來測(cè)量直(zhí)流電路的電勢差”等(děng)問(wèn)題，有些老(lǎo)師(shī)的(dí)認(rèn)識也(yě)是(shì)模(mó)棱(léng)兩可(kě)，說不(bù)清楚(chǔ)。為此，本文(wén)對這兩(liǎng)種儀器的(dí)結(jié)構和用途等(děng)方(fāng)麵(miàn)的差(chà)異作(zuò)些必要的(dí)辨析。

一，構造上的差(chà)異(yì)

zui常(cháng)用的金(jīn)箔驗(yàn)電器(qì)，

它是檢驗物(wù)體是(shì)否(fǒu)帶電(diàn)的zui簡(jiǎn)單的儀(yí)器(qì)，構造(zào)如圖1a所(suǒ)示(shì)。在玻(bō)璃(lí)瓶口處(chǔ)有一橡膠塞(sāi)，塞(sāi)中插(chā)一根(gēn)金(jīn)屬(shǔ)杆，杆的上(shàng)端有一(yī)金(jīn)屬球，下(xià)端懸掛(guà)一對金箔（或鋁(lǚ)箔）。當(dāng)帶(dài)電(diàn)體與金(jīn)屬小球(qiú)接觸時(shí)，箔片(piàn)因帶同性(xìng)電(diàn)荷相排斥而(ér)張開。為了(liǎo)避(bì)免氣流(liú)的(dí)影響(xiǎng)，金(jīn)屬(shǔ)棒(bàng)和箔片(piàn)封閉在一個玻(bō)璃瓶中，棒與瓶(píng)間有絕緣(yuán)材料相隔。高中物理課本上(shàng)介紹(shào)的驗(yàn)電(diàn)器(qì)如圖1b，是(shì)歷(lì)**個驗電(diàn)器，是英(yīng)國(guó)的W·吉(jí)伯(bó)在(zài)實驗(yàn)過程(chéng)中(zhōng)製作的(dí)，也(yě)是(shì)金箔驗(yàn)電器，結構(gòu)基本上相(xiāng)同

而靜電(diàn)計(jì)是用(yòng)靜電方(fāng)法(fǎ)測(cè)量(liáng)電勢差(chà)的儀(yí)器(qì)。

實驗(yàn)室常用的靜電(diàn)計(jì)是(shì)布勞恩靜(jìng)電(diàn)計(jì)，它的結構是在(zài)*緣底座上裝一鼓(gǔ)形(xíng)鐵殼，鐵殼(ké)的(dí)前(qián)麵裝(zhuāng)有(yǒu)透明玻璃，後麵(miàn)裝(zhuāng)有標(biāo)有(yǒu)刻(kè)度的毛玻璃，在(zài)金屬(shǔ)殼(ké)中(zhōng)絕緣地(dì)安裝一(yī)根金屬杆(gān)，杆的上端(duān)為金屬小球，金屬杆下(xià)部的(dí)水(shuǐ)平(píng)軸上(shàng)裝(zhuāng)有金屬(shǔ)指針，可繞(rào)水(shuǐ)平軸靈活轉動。圓(yuán)筒的底(dǐ)部有接(jiē)綫(xiàn)柱，可用來接地或(huò)與其他導體相(xiāng)連。這(zhè)樣，靜(jìng)電(diàn)計(jì)的金屬外殼與(yǔ)內(nèi)部(bù)的金(jīn)屬杆(gān)及(jí)金屬(shǔ)指針構成了一個(gè)特(tè)殊的(dí)電容器(qì)。

二，工(gōng)作(zuò)原理及(jí)用途(tú)上的(dí)差異

1．驗(yàn)電器原理及其用途

知識補充(chōng)——靜(jìng)電(diàn)計的工(gōng)作原理- 2 - 驗電器的(dí)原理
：當驗電(diàn)器(qì)指示係(xì)統帶電(diàn)後(hòu)，由於同(tóng)種(zhǒng)電(diàn)荷的排斥力使指示(shì)器發(fā)生(shēng)偏(piān)轉，它(tā)是從(cóng)力(lì)的(dí)角(jiǎo)度(dù)來(lái)反映導(dǎo)體(tǐ)帶(dài)電的(dí)情況。當(dāng)指示係統具有一定(dìng)的偏轉角(jiǎo)時(shí)，其重力矩與靜電力矩平(píng)衡(héng)。

驗電(diàn)器(qì)的(dí)主要(yào)用(yòng)途
：檢(jiǎn)驗物體(tǐ)是(shì)否帶電，比較帶電的種類(lèi)以及所帶電(diàn)荷量的多(duō)少(shǎo)等(děng)。（2）靜電計原理及(jí)其(qí)用(yòng)途靜(jìng)電(diàn)計(jì)的原理是
：從(cóng)上麵的(dí)構(gòu)造(zào)分析，我們知道靜電計(jì)本(běn)身其實就是一(yī)個電容器(qì)。金(jīn)屬球，金(jīn)屬杆，指針(zhēn)相當(dāng)於電容(róng)器的(dí)一個電極，金屬(shǔ)外殼也(yě)相(xiāng)當於一個電極(jí)，它們(mén)之間是絕(jué)緣的(dí)。其(qí)電容(róng)的(dí)大小由金屬殼的幾(jī)何尺(chǐ)寸的(dí)大小(xiǎo)和金屬杆及(jí)指(zhǐ)針(zhēn)的長短(duǎn)，位置所(suǒ)決定。因(yīn)為指(zhǐ)針的(dí)偏轉角(jiǎo)變化(huà)對靜(jìng)電(diàn)計(jì)的電容(róng)的(dí)影響很小，故(gù)在指針轉(zhuǎn)動過程中(zhōng)可(kě)近似認為靜電計(jì)的電容(róng)值不變(biàn)。現以測(cè)電(diàn)容(róng)器電(diàn)壓（如(rú)圖2）為例(lì)說明(míng)其原理。將一個已(yǐ)充電(diàn)電(diàn)量為Q的(dí)平(píng)板(bǎn)電(diàn)容器(qì)與靜電(diàn)計相(xiāng)連，此時(shí)指針(zhēn)和(hé)金屬杆(gān)帶正電，外(wài)殼(ké)的(dí)內表麵(miàn)將出(chū)現(xiàn)負的感應(yīng)電(diàn)荷(hé)，從而在(zài)金(jīn)屬杆與外(wài)殼間形(xíng)成(chéng)電場，指(zhǐ)針表(biǎo)麵(miàn)的(dí)電荷受到(dào)電場力(lì)的作用(yòng)，或(huò)者說(shuō)受(shòu)到來自(zì)杆上同(tóng)種(zhǒng)電(diàn)荷(hé)的(dí)排(pái)斥力(lì)及(jí)金屬(shǔ)盒內(nèi)壁(bì)的異種(zhǒng)電(diàn)荷的吸(xī)引力，使得指針(zhēn)偏轉，帶電量越多，場強越強，則指(zhǐ)針的偏角(jiǎo)也(yě)越大(dà)。根據(jù)，可知當靜電(diàn)計(jì)電(diàn)容保持(chí)不變(biàn)時，靜電計兩(liǎng)極間的(dí)電勢差(chà)U與其帶電(diàn)量(liáng)Q成(chéng)正(zhèng)比，U越大(dà)，Q越大，指(zhǐ)針所受(shòu)電場(cháng)力(lì)越(yuè)大(dà)，指針(zhēn)張(zhāng)角因(yīn)此(cǐ)就越大(dà)。由(yóu)此可見(jiàn)，指針(zhēn)張角(jiǎo)大小(xiǎo)能(néng)定(dìng)性地反映靜(jìng)電(diàn)計兩極間的電勢(shì)差(chà)的大(dà)小(xiǎo)。

由於(yú)靜電計(jì)的(dí)特殊(shū)結構(gòu)，使(shǐ)得它又(yòu)具備(bèi)驗電器不能(néng)替代(dài)的某(mǒu)些(xiē)作用。它不但(dàn)可(kě)以(yǐ)定性測(cè)量(liáng)兩導體的電

勢差(chà)（這點(diǎn)上(shàng)麵已有(yǒu)，故不重述(shù)），還(huán)可(kě)以定性(xìng)測量某導(dǎo)體的(dí)電勢，甚至還可(kě)以(yǐ)測量直(zhí)流電(diàn)路中的電勢(shì)差(chà)。

既(jì)然(rán)靜電(diàn)計本身也是(shì)一(yī)個(gè)電容(róng)器，那(nà)麼把(bǎ)靜電(diàn)計並(bìng)聯在(zài)直流(liú)電(diàn)路(lù)中(zhōng)電勢(shì)差(chà)不為零的兩點時，靜(jìng)電(diàn)計就會(huì)被(bèi)

充電，其(qí)指針(zhēn)就應該偏轉。但實際上在一般(bān)直(zhí)流電(diàn)路(lù)中(zhōng)，由(yóu)於電(diàn)壓較小(xiǎo)，使靜電(diàn)計所(suǒ)帶電荷量(liáng)很(hěn)小，指(zhǐ)針

的偏轉(zhuǎn)角度幾(jī)乎覺察(chá)不出來(lái)。靜電計上的刻(kè)度一般是以(yǐ)靜伏（靜(jìng)電係(xì)單(dān)位）為(wéi)單(dān)位的，而(ér)1靜(jìng)伏(fú)=300V。故(gù)一般(bān)的直(zhí)流(liú)電(diàn)壓不能(néng)使靜(jìng)電計指(zhǐ)針有(yǒu)明顯(xiǎn)偏(piān)轉(zhuǎn)。如果把(bǎ)靜(jìng)電計(jì)接在具(jù)有幾(jī)百(bǎi)，幾(jī)千甚至幾萬(wàn)伏(fú)電壓的(dí)直流電路中，靜(jìng)電(diàn)計指(zhǐ)針就會有明顯(xiǎn)偏轉(zhuǎn)，也(yě)就(jiù)可以用靜(jìng)電計來測量某兩(liǎng)點間的電(diàn)壓(yā)。例如(rú)把靜電(diàn)計(jì)接在(zài)感應圈的(dí)副綫圈(quān)上，指針(zhēn)偏轉角(jiǎo)度(dù)會(huì)忽(hū)大忽(hū)小(xiǎo)，說明感(gǎn)應(yīng)圈輸出的(dí)是(shì)不(bù)穩(wěn)定(dìng)的脈(mài)動電壓(yā)。由(yóu)上可知，驗電(diàn)器與靜電計從原理和用途(tú)上看都(dū)不(bù)能(néng)說是一(yī)回(huí)事(shì)，它們(mén)隻是在(zài)結構上相似而已(yǐ)。