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當(dāng)A所帶電量q較大時(shí),c和d所帶電量也較大,L1就大,所以α也就大。由于q決定α,所以α的大小能表示q的大小。這就是靜電計(jì)可以當(dāng)作驗(yàn)電器使用的道理。

由于靜電感應(yīng),當(dāng)A帶電后, B的內(nèi)層一定帶上與A異號(hào)的電荷。若B不接地,則B的外表面帶上與A同號(hào)的電荷。若B接地,則B的外表面不帶電。由于靜電計(jì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性,可以粗略地認(rèn)為B上的電荷對(duì)指針的作用力不產(chǎn)生使指針轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩,指針的張角主要由c和d所帶電量決定。

某物體與不帶電的靜電計(jì)的a處接觸后移去,若此時(shí)靜電計(jì)指針張開(kāi),說(shuō)明靜電計(jì)因與該物體接觸而帶電,從而可以判定這個(gè)物體是帶電體。若物體與不帶電靜電計(jì)的a處接觸后移去,靜電計(jì)指針仍閉合,則證明該物體與a接觸的部位不帶電。指針是否張開(kāi)及張開(kāi)角度大小能用來(lái)判定物體與a接觸部位是否帶電及帶電多少。這種接觸法不能對(duì)物體未接觸部位的帶電情況作出判斷,更不能用來(lái)測(cè)量整個(gè)物體所帶的電量,有很大局限性。

測(cè)量電量

為測(cè)量電量,應(yīng)把靜電計(jì)a處的小金屬球換成一個(gè)法拉第圓筒(上端有開(kāi)口的薄壁金屬容器)。把欲測(cè)其帶電量的物體放入法拉第圓筒。設(shè)此物體帶電量為q1。若該物體是導(dǎo)體,則它所帶的電荷在與筒接觸時(shí)全部移到筒外,進(jìn)而分布在整個(gè)A上。若該物體是絕緣體,它放入法拉第圓筒后,只有少數(shù)接觸點(diǎn)處的電荷移至筒的外表面。但由于靜電感應(yīng),圓筒的內(nèi)壁帶上與物體此時(shí)所帶電荷等量的異種電荷,而筒的外表面增加了同樣多的與帶電體同號(hào)的電荷。總之,筒的外表面(實(shí)際上是整個(gè)A)所帶電量等于物體原來(lái)所帶的全部電量q1。這樣,不論是導(dǎo)體還是絕緣體,只要把它放入法拉第圓筒,靜電計(jì)的指針張角α就可以用來(lái)測(cè)量它所帶的電量。

加裝法拉第圓筒后,靜電計(jì)就可以用來(lái)演示靜電平衡時(shí)導(dǎo)體表面電荷分布的規(guī)律了。帶絕緣柄的金屬小球先后與帶電尖形導(dǎo)體的3、2和1處接觸后,與筒的內(nèi)壁相碰,將與尖形導(dǎo)體接觸時(shí)所帶之電荷移至靜電計(jì)A上。由靜電計(jì)的不同張角可以判斷出凹進(jìn)的3處不帶電、2處帶少量電荷、而尖端1處帶電最多。這表明靜電平衡時(shí)導(dǎo)體表面曲率大處電荷密集,尖端帶電最多。

感應(yīng)法

靜電計(jì)還可以用來(lái)檢驗(yàn)物體所帶電荷的種類(正或負(fù))。正確的檢驗(yàn)方法是"感應(yīng)法"。具體辦法是先使靜電計(jì)中心桿A帶上已知種類的電荷。例如用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒接觸a球,使A帶上正電荷,靜電計(jì)指針張開(kāi)一個(gè)中等角度。若帶電體由遠(yuǎn)處向靜電計(jì)移近的過(guò)程中,靜電計(jì)指針張角越來(lái)越大,則此物體帶的電荷與靜電計(jì)原來(lái)所帶的電荷同類(正電荷)。因?yàn)閹д�電荷的物體移近時(shí),與a處的正電荷相斥,使A上的正電荷向下端c、d處集中,c和d間的斥力增加,a隨之增大。若物體所帶正電荷較多或移得很近時(shí),c和d處的正電荷可能達(dá)到或超過(guò)原來(lái)A所帶的全部正電荷,張角變得更大。這時(shí)a處不帶電或帶負(fù)電�？傊�,只要物體帶正電荷,它移近帶正電荷的靜電計(jì)時(shí),靜電計(jì)指針張角將單調(diào)增大)。而帶電體移去的過(guò)程中,靜電計(jì)指針的角單調(diào)減小。

反之,若帶電體由遠(yuǎn)處移近帶(正)電的靜電計(jì)的過(guò)程中,靜電計(jì)指針張角越來(lái)越小或者先逐漸減小至閉合繼而張開(kāi),則此物體所帶電荷與靜電計(jì)原來(lái)所帶電荷是異種電荷(負(fù)電荷)。因?yàn)閹ж?fù)電荷的物體移近時(shí),與正電荷相吸引,使A上的正電荷由 c和d處向 a處轉(zhuǎn)移。c和d處的正電荷少了,靜電計(jì)指針張角也就小了。若物體所帶負(fù)電荷較多或移得較近,則可能使全部正電荷集中在a處,c和d處沒(méi)有電荷,指針閉合。帶電體再移近,則a處正電荷超過(guò)原來(lái)A上的全部正電荷,c和d處帶負(fù)電,指針重新張開(kāi)。帶電體移去的過(guò)程中,指針逐漸閉合繼而逐漸張開(kāi)。若物體帶負(fù)電荷較少或較遠(yuǎn),則向帶正電的靜電計(jì)移近時(shí),指針張角單調(diào)減小。

當(dāng)物體帶電較多時(shí),只要注意不過(guò)分接近靜電計(jì),避免靜電計(jì)與帶電物體間放電,則用感應(yīng)法檢驗(yàn)電荷正負(fù),物體上的電荷沒(méi)有損失,可以重復(fù)驗(yàn)證,得出準(zhǔn)確的結(jié)果。

接觸法

有人用"接觸法"檢驗(yàn)物體帶電的正和負(fù)。具體做法也是先使靜電計(jì)中心桿A帶上已知種類的電荷(如正電荷),靜電計(jì)指針張開(kāi)一個(gè)中等角度。將待檢驗(yàn)的帶電物體接觸a,若指針張角變大,就認(rèn)為物體與靜電計(jì)帶同種電荷(正電荷);若指針張角變小或閉合,則認(rèn)為物體與靜電計(jì)帶異種電荷(負(fù)電荷)。這種檢驗(yàn)電荷正、負(fù)的方法是不可靠的。當(dāng)物體與靜電計(jì)帶同種電荷或雖帶異種電荷而電量較少時(shí),用"接觸法"得到的結(jié)論是對(duì)的;當(dāng)物體帶與靜電計(jì)異種的電荷且電量較大時(shí),"接觸法"得出的結(jié)論是錯(cuò)誤的。如前所述,帶大量異種(負(fù))電荷的物體移近帶正電靜電計(jì)的過(guò)程中,靜電計(jì)指針張角先是變小至閉合,繼而又張開(kāi),此時(shí)c和d處已帶負(fù)電。物體與a接觸時(shí),a處的正電荷被中和,大量負(fù)電荷傳至A,指針張角會(huì)進(jìn)一步增大。如果不注意物體移近過(guò)程中靜電計(jì)指針張角的變化,僅由接觸時(shí)張角變大而認(rèn)為物體帶正電,就錯(cuò)了。而且,經(jīng)"接觸法"檢驗(yàn)后,物體的帶電情況已經(jīng)因與a接觸而變化,不能重復(fù)核對(duì)。所以建議舍棄"接觸法"、采用"感應(yīng)法"來(lái)檢驗(yàn)物體所帶電荷的種類。

注意事項(xiàng)

靜電計(jì)在上述各實(shí)驗(yàn)中作驗(yàn)電器使用時(shí),外殼B接地與不接地都可以。

q=C*U

U大則q大,靜電計(jì)的指針張角α也就大。所以,α的大小反映出U的大小。這就是靜電計(jì)用來(lái)測(cè)量電勢(shì)差的道理。因?yàn)殪o電計(jì)常用來(lái)測(cè)量電勢(shì)差,所以又叫電勢(shì)差計(jì)。