靜電計(jì)工作原理淺析

靜電計(jì)工作原理淺析【摘要】高考題淺析【關(guān)鍵詞】高考物理靜電計(jì)平行板電容器在2018年的高考物理北京卷中有這樣一道題：研究與平行板電容器電容有關(guān)因素的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示.下列說(shuō)法正確的是()A．實(shí)驗(yàn)前，只用帶電玻璃棒與電容器a板接觸，能使電容器帶電B．實(shí)驗(yàn)中，只將電容器b板向上平移，靜電計(jì)指針的張角變小C．實(shí)驗(yàn)中，只在極板間插入有機(jī)玻璃板，靜電計(jì)指針的張角變大D．實(shí)驗(yàn)中，只增加極板帶電荷量，靜電計(jì)指針的張角變大，表明電容增大本題解析：實(shí)驗(yàn)前，只用帶電玻璃棒與電容器a板接觸，因?yàn)閎板接地，所以可使電容器帶電，選項(xiàng)A正確。實(shí)驗(yàn)中，只將b板向上移動(dòng)，則電容器的電容減小，而電容器帶電荷量不變，所以兩板間電勢(shì)差變大，靜電計(jì)指針的張角變大，故B錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)中，只在極板間插入有機(jī)玻璃，則電容器的電容增大，而電容器帶電荷量不變，所以兩板間電勢(shì)差減小，靜電計(jì)指針的張角變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)中，只增加極板帶電荷量，靜電計(jì)指針的張角變大，但是并沒有改變電容器結(jié)構(gòu)，所以電容器的電容保持不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。這道考題考查的主要知識(shí)點(diǎn)就是平行板電容器和靜電計(jì)的相關(guān)知識(shí)。在教材《物理選修3-1》中有對(duì)靜電計(jì)的介紹：“靜電計(jì)實(shí)質(zhì)上也是一種驗(yàn)電器。把它的金屬球與一個(gè)導(dǎo)體連接，金屬外殼與另一個(gè)導(dǎo)體連接（或者外殼與另一個(gè)導(dǎo)體同時(shí)接地），從指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以推知兩個(gè)導(dǎo)體間電勢(shì)差的大小”，如圖（a）所示。

靜電計(jì)的金屬指針P與外殼S可看作是一個(gè)電容C0很小的電容器，將待測(cè)電壓接在指針P與殼S之間，如圖（b）所示，則總電壓C總=C0+C又因?yàn)镃0ㄍC故C總≈C由于C0與C并聯(lián)，因而靜電計(jì)兩端電壓也是UBS，平行板兩極板接上靜電計(jì)后，有電量Q0從平行板轉(zhuǎn)移到靜電計(jì)，指針P就發(fā)生偏轉(zhuǎn)。又因?yàn)殪o電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度隨電量Q0而變，Q0=C0UBS因?yàn)镃0很小，Q0ㄍQ，于是可以認(rèn)為接上靜電計(jì)后平行板電容器電量幾乎不變，不影響原來(lái)電壓UBS。若UBS增加，則Q0也隨之增加，指針P偏轉(zhuǎn)的角度也會(huì)變大。因?yàn)槲覀兛梢罁?jù)指針P的偏轉(zhuǎn)角來(lái)判斷B與S之間的電勢(shì)差。若靜電計(jì)指針接導(dǎo)體，外殼接地，則可用靜電計(jì)測(cè)導(dǎo)體電勢(shì)。綜上所述，靜電計(jì)的指針張開，本質(zhì)是并聯(lián)的電容電壓越大，流入靜電計(jì)指針上的電荷越多，同性電荷互相排斥使得指針的偏轉(zhuǎn)角越大。所以靜電計(jì)是測(cè)量電勢(shì)差大小的儀器。考題中如B選項(xiàng)，若“只將電容器b板向上平移，電容器的電容減小，電荷量不變，兩板間電勢(shì)差增大”的結(jié)論，是由于靜電計(jì)上的電荷量變化ㄍQ所以近似認(rèn)為電容器的電荷量不變?！咀髡吆?jiǎn)介】吳燕顏（1985-），女，中小學(xué)一級(jí)教師，主要從事高中物理教學(xué)工作。本文為廣西壯族自