谈谈验电器、静电计和电压表，本文主要内容关键词为：验电器论文,电压表论文,静电论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
高中物理课本是通过如图1 所示的实验装置来演示平行板电容与哪些因素有关的。学生在学习该节内容后，产生了许多疑问，如静电计为什么能测量电势差？为什么B板要与静电计外壳连接或同时接地？ 为什么不能用电压表测量A、B两板间的电势差？老师在遇到这些疑问后，若只作一些肤浅的回答，是不能满足求知欲旺盛的高中学生的。针对这些问题，我在教学中特别安排了一堂课外实验活动，很好地解答了学生的问题。现介绍如下。
一.验电器金属箔的张角与哪些因素有关？
这个问题一提出，学生中立即就有人回答：张角的大小决定于金属箔是否带电和带电量的多少。金属箔带电越多，张角越大。在充分肯定学生的回答后，提出张角大小除与带电多少有关外，还与其它因素有没有关系呢？请同学们做如下实验：
实验1 取两个完全相同的带有绝缘柄的金属小球A和B， 相互接触后，用起电机给它们带电，这样A、B就带有等量同种电荷了。先使A 与验电器金属球接触，可观察到金属箔张开一角度，如图2所示。再把B球与验电器金属外壳（与地绝缘）接触，可观察到金属箔立即下垂并闭合。如图3所示。如果使A、B带等量异种电荷，即把A、B 两金属小球分别与起电机上的两个金属小球接触带电，且A、B同时离开起电机，就可使A、B带等量异种电荷。重做上述实验，金属箔不仅不下垂，反而张角变大，如图4所示。
上述实验现象说明：验电器中金属箔是否张开，以及张角大小，除了由金属箔是否带电以及带电量多少有关外，还与金属杆与外壳之间电势差的大小有关。电势差越大，张角越大；电势差越小张角越小。
二.静电计为什么可测出带电体的电势和电势差呢？
通过实验1我们知道，验电器金属箔是否张开，以及张角大小， 是由金属杆与外壳之间的电势差决定的。如果把验电器的两个金属箔换成一个固定金属片和一个灵活转动的指针，根据所加电势差和指针偏转角度的大小进行刻度。这样，指针每偏转一个角度就表示出金属杆与外壳之间的电势差。这就成为一个可测量电势差的静电计了。
实验2 测定带电体的电势的实验装置如图5所示。将静电计的金属球与带电体C用导线连接，且静电计外壳接地， 静电计指针偏转示数即表示带电体与大地的电势差，这个差值就是带电体C的电势。如果C带负电，静电计指针示数，加上负号就表示C的电势。
实验3 测定平行金属板之间的电势差的实验装置如图6 所示， 将A、B两块带有等量异种电荷的金属板分别与静电计的金属球及外壳接线柱相连，静电计指针偏转，示数即为平行金属板间的电势差。如果像图1那样连接，这时B板与静电计外壳都接地，它们与大地电势相等。A 板与大地的电势差也就等于A板与B板的电势差。
三.在图1装置中为什么不用电压表测电势差呢？电压表与静电计在使用中有何不同？
用电压表测电势差时应与待测部分并联，如图7所示， 并联电路具有分流作用，由于电压表内阻很大，所以分得的电流I[,v]很小， 不会使待测电压的数值发生显著变化。
电压表可以既方便又准确地测量电势差，但在静电实验中一般不能用来测量两个带电体（如平行板电容器）的电势差。
实验4 如图8所示，用电压表测电容器C[,1]两端电势差， 观察到的现象是：电压表指针在接通瞬间偏转一下后，很快又回到零刻度。这是由于C[,1] 正极板所带正电荷通过电压表内部通路与负极板上所带的等量负电荷很快中和的缘故。所以通过电压表无法准确测出电容器两端的电压，也没有稳定的电压值。
在静电实验中，由于带电体一般电压都比较高，容易超过电压表的量程，且物体所带电量少，如用电压表测电势差，物体所带电量就会很快通过电压表内部的通路放完。所以必须使用电阻无穷大的静电计。从工作原理上说，静电计可以代替电压表测量直流电路上的电压，但由于静电计的量程很大，其刻度一般以静电伏特sV为单位（1sV约为300V ），当待测电压较小时，静电计指针几乎不会偏转。因此，在电压较低的电路中，不能用静电计测量电压，所以静电计不能代替电压表。
通过本次课外实验活动，加深了同学们对验电器、静电计和电压表的认识。初步懂得了一些用实验研究问题的方法。排除了心中的疑惑，巩固了课堂中所学知识，拓宽了知识面，是一次非常成功的课外活动，达到了预期目的。