Question

验电器和静电计的结构和原理是什么？

Answer 1

验电器和静电计是研究静电场特性的两种重要实验仪器，但对于这两种仪器在结构和作用方面的异同，多数学生并不十分清楚，甚至存在一些误解。例如认为“只要把验电器的金属箔换成金属指针就变成了静电计”，验电器可以用来检验和比较不同带电体所带电量的多少”，“静电计不能用来测量直流电路中的电势差”等。对于这些似是而非的认识，有的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作用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

图1所示为一常用验电器，它的主要结构是一根上端带有金属球的金属棒，在棒的下端悬挂着两片金箔。当带电体与金属小球接触时，金箔便得到同种电荷，因同性电荷相斥而张开。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．

图2所示为一常用静电计，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。当内部的金属杆与指针带电时，金属外壳的内壁上会感应出异种电荷，使金属指针不仅受到金属杆所带的同种电荷的斥力作用，还受到外壳内壁上异种感应电荷的引力作用（此时外壳接地），也就是指针所受作用力的大小决定于壳内空间的电场强度的大小。而电场强度决定于金属杆与金属外壳之间的电势差，因此其指针张角的大小由金属杆与外壳间的电势差来决定。而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。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，其内外表面及表面上各点电势并不相等。这就是验电器和静电计之间的主要区别。