一 原理的正确性

要做到原理正确，需要注意两点：

  1. 不能虚伪。弄虚作假、制造假象欺骗学生是不允许的（当然，这应该和模拟实验相区别）。

  2. 原理无错误。首先应该区分错误和误差。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。至于允许多大的误差，则由实验方法、仪器、实验条件和教学要求来决定。为了教学的需要，有时还故意扩大实验误差，让学生分析误差的来源等等。但是， 实验原理的错误是不允许的。

静电感应的实验

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 3－7 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3－8 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 3－8（a）所示；移开这个枕形导体，验电器保持张角不变，如图 3－8（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 3－8（c）所示；移开枕形导体，验电器箔片仍不张开如图 3

－8（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 。在图3－8（a）所示的情况下，枕形导体A上的电荷有一部

C1

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：

Q 2a

= C2 Q C1 + C2

验电器和枕形导体 A 的对地电位差 Ua 为：

Ua =

Q C1 + C2

= C1 U C1 + 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：

Q = C2

(Q − Q ) =

C2  C1 

2b C + C

2a C + C  C + C Q

1 2

= C1C2 Q (C1 + C2 )

1 2  1 2 

(1)

其对地电位差 UB 为：

C C2 C

U = 1 Q = 1 U = 1 U

(2)

b (C + C ) (C + C ) C + C

1 2 1 2 1 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 3－8（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。