摘要：将初中物理中的水位计、高中物理中的温度计与之做了一个深入的类比研究，从而让学生从熟悉的知识轻松地跨越到生疏的知识，进而深刻地理解和掌握静电计的结构和原理，突破了静电计教学的困难，值得广大高中教师学习借鉴．
高中阶段，温度计、静电计的原理，向来为学生所糊涂，究其原因，基本上都是由于不明白温度计实际上是个热容器、静电计实际上是个电容器，不明白它们与待测物体是并联关系，不明白测量的基础是对应的平衡原理．为了解决这个问题，我们类比学生熟悉的初中物理中的水位计，来组织教学．教学实践证明，这种方法对学生理解温度计、静电计原理比较好，特整理出来与大家分享，并请大家批评指正．
１　水位计原理
如图１所示，一根与大的水桶（或锅炉）下部连通的竖直透明玻璃细管，就是一个水位计，利用水位计中的液面与水桶（或锅炉）中的液面等高，就可以了解水桶或锅炉中的水位情况． １．１　水位计———小的水容器
水位计尽管很细，但是毫无疑问的是，它工作时是装有水的，也就是说，它是一个水容器，它会分得一部分待测水桶（或锅炉）里的水；不过，水位计的确很细，尽管它里面的水位可能很高，但是其分得的水量，相对水桶（或锅炉）内的水量，则完全可以忽略不计，因此，在水位计工作时，它对水桶（或锅炉）内水量的影响就可以忽略不计．（本文相关产品推荐：侧装磁翻板液位计）
１．２　连通器原理
水位计的下端与水桶（或锅炉）的下部连通，水位计中的水在底部产生的压强，等于水桶（或锅炉）内的水在下部连通处产生的压强，由于两侧水的温度、密度相同，上端气室也相通，因此，两边水面高度必然相同．这就是初中所学习的连通器原理．水位计的工作，就是在连通器原理的基础上进行的．值得一提的是，如果水位计和水桶（或锅炉）内的液体密度不同（一般不会出现这种情况），则根据两边液体在连通位置处产生的压强相等可知，水位计中液面的高度就会与水桶（或锅炉）中的液面高度不同．但是，无论如何，两边液体在底部连通处产生的压强相等．
２　温度计原理
常见的温度计有酒精温度计和水银温度计，如图２所示，这两种温度计都是底部一个玻璃泡上部一根细玻璃管，其中玻璃泡中充满了红色酒精或者水银，它工作时，是将底部玻璃泡与待测物体充分接触并持续一段时间，待细玻璃管中的液柱长度稳定后，直接由液柱的长度与刻在玻璃管上的温度刻度对比，即可读出待测物体的温度． ２．１　温度计———小的热容器
温度计中充有的酒精或者水银，在吸收热量后体积就会膨胀，经验表明，在一定温度范围内，一定量的这两种液体的体积，与温度呈较好的线性关系，因此，只要在相应的体积（液柱长度）处，刻上对应的温度值，就可以直接根据液柱的长度读出温度计中液体的温度．
温度计在与待测物体充分接触的时间内，就会从比温度计温度高的待测物体中吸收热量，但由于温度计中的液体量极小，且由于示数的玻璃管很细，其在温度升高到与待测物体温度相同时，根据Ｑ＝ｃｍΔｔ可知，其吸收的热量是很小的，因此，它几乎不影响待测物体的温度．不过，对于人体皮肤这个敏感的感受器而言，一开始接触时，皮肤是会明显感受到接触处热量的流失的（感觉温度计冷），但是由于温度计热容很小，很快就可以升温到与皮肤温度相同，皮肤就不再觉得温度计冷了．
２．２　热平衡定律
当两个物体接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，当热传递进行到一定程度时，热量不再发生宏观流动，这时，我们就说这两个物体达到了热平衡状态；实验表明，当两个物体均与第三个物体达到热平衡后，将这两个物体接触时，它们也已经处于热平衡关系中．这就是热平衡定律，又称之为热力学第零定律．
为了描述几个达到热平衡物体的共同属性，我们引入温度概念，并定义达到热平衡的几个物体温度相同，温度不同的物体之间会发生热传递，则定义提供热量的一方温度高，接收热量的一方温度低．
当温度计与待测物体充分接触后，也就是进行充分的热传递后，最终的结果必然是两者温度相同，因此，利用温度计中液体膨胀的体积情况，即可以读出温度计中液体的温度，也就是待测物体的温度．
３　静电计原理
如图３所示，静电计是由一个圆形金属圆筒与一根较细的、与圆筒绝缘的金属杆组成，金属杆下端有一个可以绕固定轴自由旋转的金属指针．当静电计与待测电容器并联且达到稳定后，就可以利用静电计指针偏转的角度读出待测电容器两极板间的电压．
３．１　静电计———小的电容器
如图３所示，从静电计的结构可以看出来，静电计是两块彼此靠近而又绝缘的导体———金属圆筒、金属细杆（连同指针），因此是个电容器． 静电计工作时，需要与待测电容器并联，并将待测电容器极板上的电荷转移一部分过来，从而使金属圆筒和金属细杆（连同指针）带上等量异种电荷，而细杆与指针带上相同的电荷之后，就会相互排斥，从而显出张角，当静电计两极间的电势差增加时，由Ｑ＝ＣＵ可知，金属圆筒或金属细杆（连同指针）所带电量越大，细杆与指针之间的排斥力就越大，指针张角就会越大．
由于细杆和指针表面积很小，且与金属圆筒距离很大很大（相对纸媒电容器、电解电容器而言），因此，静电计的电容又是很小的，它与待测电容器并联时，从待测电容器转移过来的电荷量，相对待测电容器所带电荷量而言，可以忽略不计．
３．２　静电平衡原理
当两个导体通过导线连通或直接接触时，自由电荷会自发地向电势能较低的方向移动，当自由电荷不再发生定向移动时，意味着自由电荷不论是在两个连通导体中的哪一个上，电势能都是相同的，也就是说，两连通导体的电势相等，这就是静电平衡原理．
如图４所示，当静电计的金属圆筒与待测电容器一个极板连通（两者均接地，通过大地连通，取大地电势为零），金属细杆与待测电容器的另一个极板连通，经过极短时间，连通的导体之间就可以达到静电平衡，从而使得静电计两端电势差与待测电容器两端电势差相等．从静电计指针张角的大小读出静电计两极间的电势差，也就读出了与其并联的待测电容器两极间的电压． ４　总结对比
水位计、温度计、静电计的类比如表１所示． 从上述总结来看，３种仪器工作的基础都是与待测物体达到一种强度量（压强、温度、电势）的平衡，而这个过程中，几乎必然要与待测物体发生对应的广延量（水量、热量、电荷量）的转移，从而对待测物体的对应强度量造成一定的影响；但是，由于这３种仪器本身的容量很小，在达到与待测物体的平衡时，其可能分得的对应广延量的数值，相对待测物体本身所具有的对应广延量而言，几乎可以忽略不计，因此，这３种测量仪器本身的示数（仪器本身的强度量）就很接近测量前待测物体的相应强度量，从而达到测量的目的．