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當(dāng)A所帶電量q較大時,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。這就是靜電計可以當(dāng)作驗電器使用的道理。

由于靜電感應(yīng),當(dāng)A帶電后, B的內(nèi)層一定帶上與A異號的電荷。若B不接地,則B的外表面帶上與A同號的電荷。若B接地,則B的外表面不帶電。由于靜電計結(jié)構(gòu)的對稱性,可以粗略地認為B上的電荷對指針的作用力不產(chǎn)生使指針轉(zhuǎn)動的力矩,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的a處接觸后移去,若此時靜電計指針張開,說明靜電計因與該物體接觸而帶電,從而可以判定這個物體是帶電體。若物體與不帶電靜電計的a處接觸后移去,靜電計指針仍閉合,則證明該物體與a接觸的部位不帶電。指針是否張開及張開角度大小能用來判定物體與a接觸部位是否帶電及帶電多少。這種接觸法不能對物體未接觸部位的帶電情況作出判斷,更不能用來測量整個物體所帶的電量,有很大局限性。

測量電量

為測量電量,應(yīng)把靜電計a處的小金屬球換成一個法拉第圓筒(上端有開口的薄壁金屬容器)。把欲測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全部移到筒外,進而分布在整個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的電荷�？傊�,筒的外表面(實際上是整個A)所帶電量等于物體原來所帶的全部電量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,靜電計的指針張角α就可以用來測量它所帶的電量。

加裝法拉第圓筒后,靜電計就可以用來演示靜電平衡時導(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)體接觸時所帶之電荷移至靜電計A上。由靜電計的不同張角可以判斷出凹進的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

靜電計還可以用來檢驗物體所帶電荷的種類(正或負)。正確的檢驗方法是"感應(yīng)法"。具體辦法是先使靜電計中心桿A帶上已知種類的電荷。例如用絲綢摩擦過的玻璃棒接觸a球,使A帶上正電荷,靜電計指針張開一個中等角度。若帶電體由遠處向靜電計移近的過程中,靜電計指針張角越來越大,則此物體帶的電荷與靜電計原來所帶的電荷同類(正電荷)。因為帶正電荷的物體移近時,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,c和d處的正電荷可能達到或超過原來A所帶的全部正電荷,張角變得更大。這時a處不帶電或帶負電�？傊�,只要物體帶正電荷,它移近帶正電荷的靜電計時,靜電計指針張角將單調(diào)增大)。而帶電體移去的過程中,靜電計指針的角單調(diào)減小。

反之,若帶電體由遠處移近帶(正)電的靜電計的過程中,靜電計指針張角越來越小或者先逐漸減小至閉合繼而張開,則此物體所帶電荷與靜電計原來所帶電荷是異種電荷(負電荷)。因為帶負電荷的物體移近時,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,靜電計指針張角也就小了。若物體所帶負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處沒有電荷,指針閉合。帶電體再移近,則a處正電荷超過原來A上的全部正電荷,c和d處帶負電,指針重新張開。帶電體移去的過程中,指針逐漸閉合繼而逐漸張開。若物體帶負電荷較少或較遠,則向帶正電的靜電計移近時,指針張角單調(diào)減小。

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

接觸法

有人用"接觸法"檢驗物體帶電的正和負。具體做法也是先使靜電計中心桿A帶上已知種類的電荷(如正電荷),靜電計指針張開一個中等角度。將待檢驗的帶電物體接觸a,若指針張角變大,就認為物體與靜電計帶同種電荷(正電荷);若指針張角變小或閉合,則認為物體與靜電計帶異種電荷(負電荷)。這種檢驗電荷正、負的方法是不可靠的。當(dāng)物體與靜電計帶同種電荷或雖帶異種電荷而電量較少時,用"接觸法"得到的結(jié)論是對的;當(dāng)物體帶與靜電計異種的電荷且電量較大時,"接觸法"得出的結(jié)論是錯誤的。如前所述,帶大量異種(負)電荷的物體移近帶正電靜電計的過程中,靜電計指針張角先是變小至閉合,繼而又張開,此時c和d處已帶負電。物體與a接觸時,a處的正電荷被中和,大量負電荷傳至A,指針張角會進一步增大。如果不注意物體移近過程中靜電計指針張角的變化,僅由接觸時張角變大而認為物體帶正電,就錯了。而且,經(jīng)"接觸法"檢驗后,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。所以建議舍棄"接觸法"、采用"感應(yīng)法"來檢驗物體所帶電荷的種類。

注意事項

靜電計在上述各實驗中作驗電器使用時,外殼B接地與不接地都可以。

q=C*U

U大則q大,靜電計的指針張角α也就大。所以,α的大小反映出U的大小。這就是靜電計用來測量電勢差的道理。因為靜電計常用來測量電勢差,所以又叫電勢差計。