静电计为什么金属杆与正极链接后等势，点电荷电势公式推导有没有发生移动？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-09-19 14:52 标签： 点电荷电势公式
静电计工作原理中的感应电荷是怎么产生?对于静电计中,金属球和平行电路板的一端连接,而金属外壳和另一端连接.这时里面的感应电荷怎么产生的啊?假设金属球连正级,那么我金属箔不是已经也带上了正电,和正级电路板整体静电平衡吗.哪里会有感应电荷啊?此外,金属球和金属外壳不是相连的吧?或者说是怎样的一个操作过程?
1,明确静电计的结构：平板电容器一极板A接地,另一极板B与金属球相连,静电计外壳接地（注解:金属球、杆、铂片为一体与外壳连接处用绝缘橡胶隔离,形成微小电容器）.这样构造的目的：A板和金属外壳因接地电势相等,B板和金属球相连为等势体电势相等.也就是说极板AB间电势和金属球和外壳间电势相等.2,明确验电器部分是微小电容,容纳电荷量的本领很小,电荷量的微小变化,都会引起金属箔夹角的明显变化.待测电容器相对来说就是大电容,容纳电荷量本领大,微小电量变化可忽略不计.3,明确待测电荷量绝大部分集中在极板B上,极板A和外壳上的电荷都是通过接地线从大地上传来的.4,当待测电容器电容变化时,由于验电器是微小电容器,允许变化的电荷量很小,对待测电容器来说,可认为电荷量不变.举例分析：1,板间距离变小,电容增大,电荷量不变,可知板间电压减小,体现金属箔夹角变小.板间距离变小,板间库伦吸引力变强,电容变大,容纳的电荷量上限变大,根据电荷间的相互作用,验电器金属球上的电荷会有微量的电荷移到极板B上,金属箔因电荷量少了,斥力变小,夹角变小.但微小变量对待测电量来说可忽略不计.2,AB板错开,正对面积减小,电容变小,电荷量不变,有电容定义式可知板间电压曾大,体现金属箔夹角变大.正对面积减小,电荷集中在正对面积上,电荷密度变大,（电容变小,容纳的电荷量上限变小）有微少的电荷移到金属球上,所以,金属箔夹角变大.强调：过程中极板上电荷量确实变化,但是是微小变化,对极板上的电荷量影响不大,可忽略不计,认为电荷量不变,而对验电器微小电容来说,影响大,反映明显.
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王佳在一次试卷评讲中遇到这样一道题：一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地．两板 间有一个正检验电荷固定在P点，如图所示，以C表示电容器的电容、E表示两板间的场强、φ表示P点的电势，EP表示正电荷在P点的电势能，若正极板保持不动，将负极板缓慢向左平移一小段距离L0的过程中，各物理量与负极板移动距离x的关系图象中正确的是 X X X X A 0B 0C 0D 0我随口问了一句图中右边的仪器是什么？结果班里大部分学生的答案是“验电器”。我又问：“知道验电器与静电计的区别吗？”学生的表情告诉我他们似乎没有听过静电计。事实上对“静电计为什么能测量电势差”、“静电计不能用来测量直流电路的电势差”等问题，有些老师的认识也是模棱两可，说不清楚。为了澄清上述问题，本文对这两种仪器在结构和用途方面的差异作简要辩析。一、验电器和静电计在结构上的差异①验电器：下图1所示为一常用的金箔验电器，它是是一种检测物体是否带电以及粗略 1
估计带电量大小的最简单的仪器，最早由法国的让·安东尼·诺雷于1748年发明。它的主要结构：图中上部是一金属球(或者也有用金属板)，它和金属杆相连接，金属杆穿过橡皮塞， 其下端挂两片极薄的金属箔（或铝箔），为了避免气流的影响，金属棒和箔片封闭在一个玻璃瓶中，棒与瓶间有绝缘材料相隔。当带电体与金属小球接触时，箔片因带同性电荷相排斥而张开，根据两箔片张成角度的大小可估计物体带电量的大小。②静电计：上图2所示为一常用静电计。实验室常用的静电计是布劳恩静电计，它的结构是在一绝缘底座上装一金属圆筒作为外壳，外壳的前面装有透明玻璃，后面装有标有刻度的毛玻璃，顶端带有金属球的金属杆插入圆筒内，金属杆和圆筒间装有绝缘套筒，金属杆下部的水平轴上装有金属指针，可绕水平轴灵活转动．圆筒的底部有接线柱，可用以接地或与其它导体相连。这样，静电计的金属外壳与内部的金属杆及金属指针构成了一个特殊的电容器。二、工作原理及用途上的差异1．验电器原理及其用途（1）验电器的原理：检验时，把物体与金属球(金属板)接触，如果物体带电，就有一部分电荷传到两片金属箔上，金属箔由于带了同种电荷，彼此排斥而张开，所带的电荷越多，张开的角度越大；如果物体不带电，则金属箔不动。当已知物体带电时，若要识别它所带电荷的种类，只要先把这带电体与金属球接触一下，使金属箔张开。然后，再用已知的带足够多正电的物体接触验电器的金属球，如果金属箔张开的角度更大，则表示该带电体的电荷为正的；反之，如果金属箔张开的角度减小，或先闭合而后张开，则表示带电体的电荷是负的。以上事实意味着，带电体再增加同种电荷时，电荷的量值增大；带电体再增加异种电荷时，电荷的量值减小。因此，人们通常将正、负电荷分别表示为正值和负值。例如。将带有等量异种电荷的物体相接触，它们所带正、负电荷之代数和为零，表现为对外的电效应相互抵消，宛如不带电一样。这时，它们呈电中性。这种现象叫做放电或电中和。（2）验电器的主要用途：检验物体是否带电，比较带电的种类以及所带电荷量的多少等。2.静电计原理及其用途（1）静电计的原理是：从上面的构造分析，我们知道静电计本身其实就是一个电容器。金属球、金属杆、指针相当于电容器的一个电极，金属外壳也相当于一个电极，它们之间是绝缘的。其电容的大小由金属壳的几何尺寸的大小和金属杆及指针的长短、位置所决2
定。因为指针的偏转角变化对静电计的电容的影响很小，故在指针转动过程中可近似认为静电计的电容值不变。 图3现将一个已充电电量为Q的平板电容器与静电计相连，如图3。此时指针和金属杆带正电，外壳的内表面将出现负的感应电荷，从而在金属杆与外壳间形成电场，使指针表面的电荷受到电场力的作用或者说受到金属杆所带的同种电荷的斥力作用及外壳内壁上异种感应电荷的引力作用（此时外壳接地）使指针偏转。根据Q=CU，可知当静电计电容保持不变时，静电计两极间的电势差U与其带电量Q成正比，U越大，Q越大，场强越强，指针所受电场力越大，则指针的偏角也越大。可见，指针张角大小能定性地反映静电计两极间的电势差的大小。故静电计是用静电方法测量电势差的仪器。由于外部平行板电容器正极板与静电计金属小球相连，构成等势体，而负极板与静电计外壳都接地，电势都等于零，故外部平行金属板间的电势差就等于静电计两极间电势差，这样就可以利用静电计来测量外部的平行板电容器的电势差。由于静电计的特殊结构，使得它又具备验电器不能替代的某些作用。它不但可以定性测量两导体的电势差，还可以定性测量某导体的电势，甚至还可以测量直流电路中的电势差。既然静电计本身也是一个电容器，那么把静电计并联在直流电路中电势差不为零的两点时，静电计就会被充电，其指针就应该偏转。但实际上在一般直流电路中，由于电压较小，使静电计所带电荷量很小，指针的偏转角度几乎觉察不出来。静电计上的刻度一般是以静伏（静电系单位）为单位的，而1静伏=300V。故一般的直流电压不能使静电计指针有明显偏转。如果把静电计接在具有几百、几千甚至几万伏电压的直流电路中，静电计指针就会有明显偏转，也就可以用静电计来测量某两点间的电压。例如把静电计接在感应圈的副线圈上，指针偏转角度会忽大忽小，说明感应圈输出的是不稳定的脉动电压。(2)静电计的主要用途：用静电方法测量电势差，定性测量某导体的电势。3.验电器与静电计的差异3
结构上，验电器的外壳为玻璃瓶，当壳内金箔带电时，在玻璃瓶上不会出现感应电荷，至多在内外表面上形成极微量的极化电荷，其影响完全可以忽略不计。故其玻璃外壳与内部金属杆不能共同构成电容器。原理上，验电器金属球和金属杆可看作是孤立的导体，其金箔张角的大小，只决定于金属球、金属杆所带电量的多少，与金属杆跟外壳间的电势差无关，更何况玻璃外壳根本不是一个等势体，由上可知，验电器与静电计从原理和用途上看都不能说是一回事，它们只是在结构上相似而已。在教学中还是要给学生解释清楚。参考文献：1. 《验电器与静电计》-----胡建民-《中学物理教学参考》.1997；2. 《浅谈验电器与静电计的差异》-----余建刚-《中小学实验与装备》.2006；3. 《浅谈验电器与静电计的差异》----陈和勇-《中学生导报：教学研究》.20134
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所以不做功
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