验电器与静电计的工作原理是什么

Question

如题所述

Answer 1

在高中物理电场中,有两个形状很相似的实验仪器验电器和静电计,验电器的作用是检验带电体是否带电,而静电计的作用是测量电势差,这让许多学生产生了疑惑,这两个看似相同的实验仪器怎么会在工作时有如此大的区别,它们的工作原理又是什么?带着这样的疑问我们一起来认识它们。

一、验电器的解析

它的工作原理我们比较好理解。当带电体用导线与验电器联结时,金属杆便成为带电导体、金属杆、金属箔本身所组成的整体的一部分。达到静电平衡时,金属杆和金箔将从带电体上分得同种电荷。根据同种电荷相斥原理,金属箔将张开一定的夹角,而且金属箔上的带电越多,张开的角度就越大。

二、静电计的解析

当静电计的金属杆同带电体相连时,金属杆和金箔与导体成等势体,即具有相同的电势。同时使金箔上带上了同种电荷,金箔的张角本是由它上面的带电量多少来决定,金箔上的带电量多,则张角就大。但对与静电计来说,金属瓶常接地,电势为零,当金属杆和金箔带电后,由于静电感应使金属瓶的内表面带上与金属杆及金箔几乎等量的异号电荷。因此金属杆和金属瓶左右内壁组成了两个特殊的电容器,它们具有一定的电容,并处于并联的关系。当静电计带电后,相当于电容器充了电,静电计内就会形成电场,如果我们把这电场看成是匀强电场,场强由此,我们可以知道在认为静电计中的电场为匀强电场的前提下,静电计金箔的张角与电势差的关系并不成正比,因此我们只能说,电势差越大张角也越大。

三、验电器与静电计的区别及联系

1.从结构上看:验电器主要由金属球、金属杆和金箔三部分组成,它们成为了一个孤立导体,与外界没有接触。而静电计的主要部分是有金属球、金属杆、金箔和金属外壳构成,金属球、金属杆和金箔连接成了一体,金属外壳与地球又连接成了一体,而这两体就组成了一个电容器,在金属壳内会产生分布不均匀的电场。

2.从原理上看:验电器的工作原理是由于金属杆和金箔中带有同种电荷,由于同种电荷相互排斥,因此是电荷之间的库仑力使金箔张开。而验电器工作时,由于在金属杆和金属外壳上形成了异种电荷,金属外壳内就形成了电场,而金箔中的电荷正是由于受到了电场力的作用,才使金箔张角发生了变化。

3.从功能上看:验电器主要功能是检验导体是否带电,一般情况下,验电器不能测量带电导体的电量多少,更不能测量电势差;而静电计的功能主要是测量电势差,当然也可以用作验电器,来检验接触导体是否带电。

Answer 2

验电器是一种检测物体是否带电以及粗略估计带电量大小的仪器，典型构造如左图所示。当被检验物体接触验电器顶端的导体时，自身所带的电荷会传到玻璃钟罩内的箔片上。由于同种电荷相互排斥，箔片将自动分开，张成一定角度。根据两箔片张成角度的大小可估计物体带电量的大小。其实这是箔片所受电场力包括箔片上同名的电荷的斥力和器皿内壁异名电荷的吸引力。如果将玻璃瓶改为使用金属盒以便屏蔽静电、金属棒和器皿引出导线以便测量两点间电势差、增加刻度以便将结果量化，那么验电器可以改造为更精确的静电计。
静电计，又叫电势差计或指针验电器，它是中学静电实验中常用的半定量测量仪器。如图所示，包括小球a、指针bc的中心杆A用绝缘塞D固定在有前后玻璃窗的圆形金属外壳B上；B的侧下方有一个接线柱；整个装置固定在一个绝缘支架上。
原理：
当A带电时，电荷主要分布在a、b、c和d四个尖端部位，其中c和d两部分所带电荷以斥力相作用，指针受到一个使它张开的电力矩L1的作用。由于指针的重心略在旋转轴O点之下，当L1使指针张开后，指针的重力便产生一个使指针复位的重力矩L2。随着指针的偏转，L1渐小

（因为c与d的距离增加，库仑力变小，力臂也变小）而L2渐大（因为重力力臂增加）。当L1与L2相等时，指针停在某一位置（是稳定平衡），指针的张角为α°
当A所带电量q较大时，c和d所带电量也较大，L1就大，所以α也就大。由于q决定α，所以α的大小能表示q的大小。这就是静电计可以当作验电器使用的道理。
由于静电感应，当A带电后， B的内层一定带上与A异号的电荷。若B不接地，则B的外表面带上与A同号的电荷。若B接地，则B的外表面不带电。由于静电计结构的对称性，可以粗略地认为B上的电荷对指针的作用力不产生使指针转动的力矩，指针的张角主要由c和d所带电量决定

Answer 3

验电器