“电容器的电容”中对静电计的教学处理，本文主要内容关键词为：电容器论文,中对论文,电容论文,静电论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
静电计是物理静电学中常用的仪器。静电计在普通高中物理教材“电容器的电容”这一节中出现。并在注①中作了如下介绍：“静电计是在验电器的基础上制成的，用来测量电势差。把它的金属球跟一个导体连接，把它的金属外壳跟另一个导体连接（或者同时接地），从指针的偏转角度就可以测出两个导体间的电势差。”
在课堂中学生由于面对的是一个全新的实验仪器。必然会产生很多疑问。如果不对这些疑问作出一个简洁而又准确的回答，那么在课堂中进行平行板电容器的电容跟哪些因素有关的演示实验时（图1），学生在观察实验现象、思考实验结论时就会有障碍。所以笔者根据自己的教学实际总结了以下几个应该说明的问题，在课内、课外分别进行讲述，通过思考及对具体问题的处理。使学生建立起对静电计的正确认识。
图1 平行板电容器的实验示意图
一、课内实验前讲述三个静电计问题，为课堂演示实验、学生思考实验结论作好铺垫
1.静电计与验电器有何区别
静电计由验电器改装而成，是一种特殊的验电器，即指针式验电器。验电器外壳不一定是金属，既可以是金属，也可以是玻璃瓶等非金属。静电计外壳一定是金属并有接地装置，对外电场有一定的屏蔽作用。验电器内部是2个金属箔片，而静电计内部是由1根固定金属杆与1根可活动的金属指针组成。
静电计与验电器很类似，许多学生往往将两者混为一物。因此，在介绍静电计时有必要把验电器与静电计同时在课堂上展示，让学生明白两者的差异。
2.静电计为什么可测量两个导体的电势差
静电计实际上是一个电容。将静电计的金属球和金属外壳分别与被测量的导体用导线连接，如分别与平行板电容器的正负极板相连。当电荷停止移动后，静电计的金属杆与外壳之间的电势差，跟平行板电容器两极板间的电势差相等。由于静电计也是一个电容器，其指针所带电荷量跟指针和外壳间的电势差成正比，电势差越大，指针带电荷量越多，张开的角度也越大。所以，根据指针所指刻度，可以定量地知道指针与外壳间的电势差，同时，也就知道了平行板电容器两极板间的电势差。
静电计指针偏转角与静电计上所加的电压关系如表1所示：
表1 电压关系
350V400V500V850V2500V
5° 10°18°28° 60°
上面的讲述是对注①中对静电计解释的一个扩充。学生通过这个问题知道了静电计的实质及工作原理，同时，对课堂演示实验连线图的理解也就容易多了。
3.静电计是否会改变被验两个导体的电量与电势差
由于静电计的电容量很小，根据
，只要很少的电量就可获得高电压。静电计所获得的电荷量与平行板电容器原来所带电荷相比较可以忽略不计，故可认为测量前后平行板电容器所带电荷量基本不变，两板电势差也基本不变。
这个问题是学生最为困惑的。在作了如上的解释后，学生对演示实验中平行板电容器拉开增加距离与平移减小正对面积时两板的带电量几乎不变就会有比较清晰的认识。这也是整个演示实验得出的关键结论。
二、课外让学生思考三个静电计问题，避免静电计使用误区
1.静电计可以用来测量一个导体的电势
把静电计的外壳接地，金属球和被测导体相连，那么金属指针所指刻度就表示导体和地之间的电势差。取大地电势为零，此读数则可以表示该导体的电势。
这个问题可以使学生回顾电势差与电势的联系及区别。
2.课堂演示实验静电计是否可以用电压表代替
用电压表测电势差时应与待测部分并联，并联电路具有分流作用，由于电压表内阻很大，所以分得的电流很小，不会使待测电压的数值发生显著变化。
在静电实验中，由于带电体一般电压都比较高，容易超过电压表的量程，且物体所带电量少，如用电压表测电势差，物体所带电量就会很快通过电压表内部的通路放完。我们会发现电压表指针在接通瞬间偏转一下后，很快又回到零刻度。电压表虽可以既方便又准确地测量电势差，但在静电实验中，一般不能用来测量两个带电体（如平行板电容器）的电势差。
恐怕绝大部分学生会产生这个问题。其理解涉及到电压表的具体结构及工作原理，但电压表的改装及电流表的工作原理要到后一章才能讲到。所以这里可以大致讲解，不必过多展开，等学生学到后一章时再作适当讲解，学生理解起来就相对容易很多。当然也可实际操作一下，看看代替的实验情况，学生印象会更深。
3.能否用静电计去测量恒定直流电路上的电压
如图2所示，把静电计连接在直流电阻R的两端，因静电计相当于一个电容器，故静电计上的电压
，静电计上带的电荷
，即指针上带有一定量的正电荷。从电荷相互作用规律知道，指针应该张开。当
变化时，Q也发生变化，指针张角也相应发生变化，所以从理想的情况讲，静电计可以定性反映直流电路上电压的大小。
图2 静电计测恒定直流电路电压示意图
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。
在平行板电容器的电容跟哪些因素有关的演示实验中，静电计不能用电压表代替，学生经过逆向思维提出这个问题是很正常的。从上面静电计指针偏转角与静电计上所加电压的关系就可知道静电计测量的是高电压。电压表与静电计虽都可用来测电势差，但其原理却不尽相同，对电压的敏感性也不一样，测量对象也有区别。
以上便是本人在“电容器的电容”教学中对静电计的教学处理。静电计在课堂中属于课堂演示实验的一个测量仪器，是非重点内容，在具体的课堂教学中教师往往容易将其疏忽，只是根据注释稍加解释，这样往往会使学生在理解很多问题时发生困难。所以，我们要在课堂教学时注意对那些非重点内容的挖掘，一方面为完成课堂重点内容作好铺垫，另一方面也能很好地理解其衍生出来的许多物理问题。