《中学物理实验研究》讲义(6)

来源：网络收集时间：2026-06-05

导读： ?C??0Sd2?d 可见，△C不仅取决于△d的大小，还取决于初始间距d0的大� � （4）实验关键：d0要小，△d要大。（5）操作要点：两极板靠近些再拉开些。实验结果：效果不能保证令人满意（△θ不稳定，且通常不很大）。

?C??0Sd2?d

可见，△C不仅取决于△d的大小，还取决于初始间距d0的大小。（4）实验关键：d0要小，△d要大。（5）操作要点：两极板靠近些再拉开些。

实验结果：效果不能保证令人满意（△θ不稳定，且通常不很大）。研究3：接上面分析，考虑实际情况，静电计和连线都有一定的电容（如图3所示）。所以，在平行板拉开的过程中，平行极板上的电荷并非不变（但是这三个并联电容器上的电荷是不变的）。静电计的电容C计和连线的电容C连是否可以略去不计呢？笔者就图1装置用SQ18A型万用电桥进行了测量，结果如下：

C计＝5pF C连＝1pF

平行板的直径为20cm。对于不同的间距d，按平行板公式算出的电容理论近

似值C板·理、实际测出的近似值C板·实以及整个装置的电容实测近似值C实（C板·实＋C计＋C连）如下表所示。

d（cm） 0.5 1.0 2.0 5.0 10.0 5.0 20.0 C板·理（pF） 56 28 14 5.6 2.8 1.9 1.4

从上面的数据可见：

①静电计和连线的电容不能忽略。

②d达10cm后，系统的总电容基本不变；既然C末基本不变，那么要使△C大，就需要使C初大，即d0要小。

（4）实验关键：d0要小。

（5）操作要点：d0要小，可控制在0.5～1cm内；△d≥10cm即可（这样可使系统的电容减小到初始电容的1/3左右，电位差增大3倍左右）。

图3 C板·实（pF） 26.2 16.4 10.5 5.9 3.7 2.9 2.6 C实（pF） 32.2 22.6 16.5 11.9 9.71 8.9 8.6 实验结果：效果仍不能确保令人满意。

研究4：在这一实验中，电容的变化由电位差的变化来反映，而电位差的变化则由静电计指针偏角的变化来反映。在上面的分析中，对测量（显示）仪器——静电计的特性特别是静电计指针偏角对电位差的响应情况并没有予以考虑。我们知道，静电计指针偏角θ与电位差U不成线性关系。笔者用静电高压发生器和静电电压表对“文革”前的老静电计和“文革”后的新静电计进行了测试，分别得到了它们的θ－U关系，如图4所示。

如前所述，若d0约0.5～1cm，那么极板拉开后U可增大3倍左右。从θ－U图线可见，要使Δθ尽可能大，可使θ0在15°左右，这样可使Δθ在30°以上，确保变化明显。

实验关键：

①使d0约为0.5～1cm。

②使θ0在15°左右。对此，用可感应带电的方法给极板带电，控制θ0；也可用接触带电的方法，若所带上的电荷较多，可以用手指多次快速接触连线绝缘包皮使其适当漏电的方法来控制θ0的大小。

按上述要点操作，实验效果很好，可确保Δθ在30°以上。从这一实验的原理分析，我们可以得到两点启示。

a．所谓实验原理，并不是仅仅指实验目的中所要说明的物理道理。广义地讲，实验原理是实验的方法、实验的装置和器材、实验过程、实验结果分析等所依据的物理道理。原理分析中所涉及的许多情况、因素和信息，往往并没有给出，而要靠自己去寻找、收集、探究、试验。原理分析时需要一定的““理想化”、需要略去一些次要的因素或做一定的简化和抽象，但其程度的把握是至关重要的。

b．无论对定量实验，还是定性实验，在分析原理时，应有“量”的意识，能做定量或半定量分析的不要轻意放弃。定性分析固然简明、快捷，但是在许多情况下，仅仅停留在定性分析的基础上是不够的，因为“量”变常常会影响实验现象和效果（结果）的质的变化。

上面两点，在分析研究实验原理时应该予以重视。

图4 3.2 中学物理演示实验科学性与可行性

分析实验原理，必须同时考虑其科学性与可行性。无论是选择实验方案，还是设计、确定实验方案，这都是首先要考虑的。

实验原理的科学性：物理原理是否正确，物理原理是否确切。

实验原理的可行性：从仪器制作、器材选择、实验条件和操作等方面考虑试验是否能成功；能否用

于实际教学过程，达到某一教学目的；对整个教学过程而言，是否会因其逻辑混乱。 1．原理的正确性

要做到原理的正确，应注意两点：（1）不能虚伪

弄虚作假、制造假象欺骗学生是不允许的。（2）原理无错误

首先要区分错误与误差。误差是由于实验系统和条件的非理想化产生的。中学物理实验中允许有一定的误差，这取决于实验方法、仪器、实验条件和教学要求。但是，实验原理的错误是决不允许的。例：静电感应的实验原理分析。

用静电感应的方法，能使两个带有绝缘支柱的枕形导体带上等量异种的电荷。

如图1所示，将两个不带电的枕形绝缘导体A，B靠在一起，再将一带电体E靠近枕形导体A的一端。这时，在枕形导体A的左端和B的右端分别感应出了正、负电荷。保持带电体E不动，移开枕形导体B，这样，枕形导体A，B上就分别带上了等量异种的电荷。

为了说明“等量异种”这一点，有人设计了这样一个实验方案，如图2所示。先将已带了电的枕形导体中的任一个，例如带正电的A与验电器接触。验电器传得电荷后张开一个角度，如图

2（a）所示；移开这个枕形导体，验电器保持张角不变，如图2（b）所示；再将另一个带负电的枕形导体与验电器接触，这时，枕形导体的负电荷就跑到验电器上，与验电器上原有的正电荷中和，整个验电器就不带电，验电器箔片也就不张开，如图2（c）所示；移开枕形导体，验电器箔片仍不张开如图2（d）所示。由此说明两枕形导体带等量异种的电荷。

尽管有与上述方案预言的结果相同的实验现象出现，但是，这个实验的原理是否一定正确呢？对此，可进行如下分析。

设：两枕形导体的电容都为C1，验电器的电容为C2。用静电感应的

图2b 图2d 图2a 图2c 图1 方法，使两枕形导体都带上Q的电量（先不考虑种类），对地电位差都为

U＝Q/C1。在图2（a）所示的情况下，枕形导体A上的电荷有一部分传到验电器上（不是全部！）。假定枕形导体与验电器接触后两者的电容都没有改变，那么，验电器上分得的电荷为：

Q1a?C2Q

C1?C216

验电器和枕形导体A的对地电位差Ua为：

Q1a?C1Q?U

C1?C2C1?C2当把另一枕形导体B与验电器接触时，将有－Q2的电荷先与验电器上的电荷中和，然后，剩下的负电荷（Q1－Q2a）再按枕形导体和验电器电容的大小而分配给两者。此时，验电器分得的电量Q2b应为：

Q2bC2?Q?Q2a??C2?C1?C2C1?C2?C1?C1C2??C?CQ???C?CQ

12?12? （1）

其对地电位差UB为：

C1C12C1Ub?Q?U?Ua

C1?C2C1?C2C1?C2 （2）

从（1）、（2）式可见，枕形导体B与验电器接触后，虽然中和了验电器上的正电荷，但却使验电器带上了负电荷。尽管此时验电器对地电位差没有第一次（Ua）大，但毕竟还有。至于这个电位差使验电器张开多大的角度，则由U的大小决定，亦即由枕形导体原先带的电量Q和两者电容的大小所决定。

就实际情况来看，实验中常用的枕形导体的电容与验电器的电容是同数量级的。测量结果表明，前者的电容为3～7pF，后者的电容为1～6pF。如果开始时枕形导体带的电量Q不多（或U不大），验电器的电容不比枕形导体的电容小多少，那么Ub就可能比较小，验电器的张角可能小到不易觉察的程度[如图2（c）]。但是，这种情况仅是可能出现的多种情况中的一种。如果开始时枕形导体带的电量比较多，验电器箔片仍可张开一个明显的角度（从演示实验中可以看到这种情况）。因此，上述实验方案从原理上来说是不可取的。 2．原理的确切性 …… 此处隐藏：1720字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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