静电计的张角.docx

选自崔卫国《有效教学：高中物理教学中的问题与对策》东北师范大学 出版社）问题背景：静电计是由金属小球、金属杆、金属指针和绝缘的外壳组成的， 它也是一个电容已充电的平行板电容器与静电计相连（如图 3.24）时就构成了 如图3.25所示的电路图，其中q表示平行板电容器,C2表示静电计因为平行板 电容器C1的两个极板上分别带有等量的异种电荷，这样它必然对C2充电，充电 的结果使静电计的金属球、杆、针与外壳带上了等量的异种电荷，由于金属指针 带有与金属杆同性的电荷，故发生排斥使可动的指针发生偏转，它们获得的电荷 量越多，相互间的排斥力就越强，张角就越大需要特别说明的是图㊂24 图工Q，虽然金属外壳带的是另外一种电荷，但由于静电计外壳的圆形对称性使得指针 受到的合力为零，因此指针偏转的原因是由于它与固定金属杆排斥的缘故但为 什么指针的张角大小能反映平行板电容器两板间电势差的大小呢？有效教学导航在图示的状态下，设平行板电容器的带电量是Q］，静电计的带电量是Q2， 两者处于充电平衡状态，即q和C2的两极电势差相等，均为U则它们的总电 量为Q= Q1+Q2=C1U+C2UO由于静电计的结构设计，它的电容c2非常小，只能 容纳很少的电荷，因此平行板电容器的带电量可以认为就是总的带电量，即使极 板间的电势差有明显的改变，静电计上引起的电荷量对平行板电容器而言总是可 以忽略不计的。

当平行板电容器的极板a向左移动一小段位移,b板的电势升高了，就会有“少 量”的正电荷跑向c极，最终b、c的电势升得一样的高而这“少量”的正电荷使 得静电计的张角变大，也就反映了 C1和C2的两极电势差变大的结果因此，在 分析问题时我们常常认为平行板电容器的电量不变实际上是“几乎不变”，但我们 更要客观看待这个“少量”的电量的价值，它让静电计能动态地反映了平行板电容 器的电势差变化，却又对平行板电容器“几乎没有”影响，可谓功不可没当我们将图中的a板向上移动一小段位移后，正对面积S变小的结果是电容 C1变小，而板的电量Q几乎不变，于是b极板的电势升高，静电计的张角变大 在这里，关于“少量”电荷的作用就不需要再讲述了不过，再介绍一个好的方法还是有必要的当a板向上移动一小段位移后， 正对面积变小而电量几乎不变，则推知电场线将大大密集，电场强度E增强了， 于是由 U=Ed 可得板间的电势差变大。