指针式验电器疑问解答

指针式验电器又叫静电计.在初中讲解验电器原理时,是从电荷的相互作用角度进行理解.到了高中阶段.指导学生从电容器角度理解静电计,有助于某些问题的解决.下面谈两点大家关心问题.

　　1.

　　用实验方法研究平行板电容器时,用静电计测量电容器两极板间的电势差,静电计为什么能测量两导体间的电势差呢?

　　如图1所示,指针式验电器(静电计)由指针A、金属外壳(圆筒)B构成.假如指针A带正电,金属圆筒的内表面带负电,指针与金属圆筒两者构成一个电容器.因指针表面积很小,指针与圆筒之间距离又很大,故这个电容器的电容很小.当指针张角变化时,由于圆筒的对称性,这个电容器的电容值可以看作不变.

　　当给这个电容器(静电计)加上一定的电压U,则指针上所带电量Q=CU,U越大,Q也越大,指针张角就越大,U的大小可以从指针张角大小得到反映,所以说静电计能定性地反映导体间的电势差.

　　2.

　　能否用电压表测量两带电导体(例如电容器两极板)间的电压,这是教师经常向学生提出的问题.根据电压表的结构特征,这个问题不难回答.对成绩较好,具有较强逆向思维能力的学生来说,他们还会提出另一个问题:能否用静电计测量稳恒直流电路上的电压?对这个问题、许多教师感到很难回答,有的教师则凭直觉加以否定,下面我们来讨论这个问题.

　　如图2所示,把静电计连接在直流电阻R2的两端,因静电计相当一个电容器,故静电计上的电压Uc=UR2,静电计上带的电荷Q=CUc=CUR2,即指针上带有一定量的正电荷.从电荷相互作用规律知,指针应该张开.当UR2变化时,Q也发生变化,指针张角也相应发生变比,所以从理想情况讲,静电计可以定性反映直流电路上电压的大小.

　　但是由于静电计的电容很小,当不太高的直流电压(<1kV)加在其两端时,指针上所带电量很小,指针受到的斥力也很小,由于摩擦等阻力存在,实际上指针并不偏开,当电压不断增高,指针所带电量也增多,指针受到的斥力增大,指针理应会偏开.笔者将静电计连接在高压气体放电管两端,发现静电计指针确实偏开了.当笔者把电压继续调高,指针张角随之变大,电压高到一定程度时,指针**与外壳之间出现空气被击穿后的火花放电现象,而后指针张角为零.这个击穿电压就是静电计这个电容器的耐压值.

　　综上所述,指针验电器从原理上讲可以定性地测出稳恒直流电路中的电压.由于摩擦等因素的存在,这个测出电压的下限并不很低,以致于使许多教师产生静电计不能测电路电压的偏见.如果提高验电器的灵敏度,这个测出电压的下限值也会降低.静电计测得电压的上限值由静电计这个电容器的耐压值决定.

　　另外,从上述的讨论和实验也告诉我们,当我们给验电器带上电并使指针张开时,尽管所带电量并不多,但指针与外壳之间的电压值很高,这是产生漏电的主要原因.为了使静电实验成功,改进指针**的形状及增加空气的干燥程度是关键所在.

　　静电计能否测量直流电路上的电压为什么静电计能测量导体间的电势差