揭開驗(yàn)電器與靜電計(jì)之謎

在高中物理電場(chǎng)中，有兩個(gè)形狀很相似的實(shí)驗(yàn)儀器驗(yàn)電器和靜電計(jì)，驗(yàn)電器的作用是檢驗(yàn)帶電體是否帶電，而靜電計(jì)的作用是測(cè)量電勢(shì)差，這讓許多學(xué)生產(chǎn)生了疑惑，這兩個(gè)看似相同的實(shí)驗(yàn)儀器怎么會(huì)在工作時(shí)有如此大的區(qū)別，它們的工作原理又是什么?帶著這樣的疑問我們一起來認(rèn)識(shí)它們。

一、驗(yàn)電器的解析

它的工作原理我們比較好理解。當(dāng)帶電體用導(dǎo)線與驗(yàn)電器聯(lián)結(jié)時(shí)，金屬桿便成為帶電導(dǎo)體、金屬桿、金屬箔本身所組成的整體的一部分。達(dá)到靜電平衡時(shí)，金屬桿和金箔將從帶電體上分得同種電荷。根據(jù)同種電荷相斥原理，金屬箔將張開一定的夾角，而且金屬箔上的帶電越多，張開的角度就越大。

二、靜電計(jì)的解析

當(dāng)靜電計(jì)的金屬桿同帶電體相連時(shí)，金屬桿和金箔與導(dǎo)體成等勢(shì)體，即具有相同的電勢(shì)。同時(shí)使金箔上帶上了同種電荷，金箔的張角本是由它上面的帶電量多少來決定，金箔上的帶電量多，則張角就大。但對(duì)與靜電計(jì)來說，金屬瓶常接地，電勢(shì)為零，當(dāng)金屬桿和金箔帶電后，由于靜電感應(yīng)使金屬瓶的內(nèi)表面帶上與金屬桿及金箔幾乎等量的異號(hào)電荷。因此金屬桿和金屬瓶左右內(nèi)壁組成了兩個(gè)特殊的電容器，它們具有一定的電容，并處于并聯(lián)的關(guān)系。當(dāng)靜電計(jì)帶電后，相當(dāng)于電容器充了電，靜電計(jì)內(nèi)就會(huì)形成電場(chǎng)，如果我們把這電場(chǎng)看成是勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)由此，我們可以知道在認(rèn)為靜電計(jì)中的電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)的前提下，靜電計(jì)金箔的張角與電勢(shì)差的關(guān)系并不成正比，因此我們只能說，電勢(shì)差越大張角也越大。

三、驗(yàn)電器與靜電計(jì)的區(qū)別及聯(lián)系

1.從結(jié)構(gòu)上看:驗(yàn)電器主要由金屬球、金屬桿和金箔三部分組成，它們成為了一個(gè)孤立導(dǎo)體，與外界沒有接觸。而靜電計(jì)的主要部分是有金屬球、金屬桿、金箔和金屬外殼構(gòu)成，金屬球、金屬桿和金箔連接成了一體，金屬外殼與地球又連接成了一體，而這兩體就組成了一個(gè)電容器，在金屬殼內(nèi)會(huì)產(chǎn)生分布不均勻的電場(chǎng)。

2.從原理上看:驗(yàn)電器的工作原理是由于金屬桿和金箔中帶有同種電荷，由于同種電荷相互排斥，因此是電荷之間的庫侖力使金箔張開。而驗(yàn)電器工作時(shí)，由于在金屬桿和金屬外殼上形成了異種電荷，金屬外殼內(nèi)就形成了電場(chǎng)，而金箔中的電荷正是由于受到了電場(chǎng)力的作用，才使金箔張角發(fā)生了變化。

3.從功能上看:驗(yàn)電器主要功能是檢驗(yàn)導(dǎo)體是否帶電，一般情況下，驗(yàn)電器不能測(cè)量帶電導(dǎo)體的電量多少，更不能測(cè)量電勢(shì)差;而靜電計(jì)的功能主要是測(cè)量電勢(shì)差，當(dāng)然也可以用作驗(yàn)電器，來檢驗(yàn)接觸導(dǎo)體是否帶電。