比较出真知---谈静电平衡问题的理解

1、比较出真知-谈静电平衡问题的理解甘肃省金觻中学 赵永德 734000在高中物理“电场中的导体”一章的学习中，许多同学反映，即使将静电平衡状态导体的特点记得滚瓜烂熟，但在处理具体的问题时，往往仍是力不从心，无从下手，不能灵活应用解决问题。我认为大家关键是没有理解静电平衡的本质涵义，只知其一，不知其二。同时在分析静电平衡的问题时，还要注意方式方法，要有“远近观”和“整体观”。“远近观”是指：处于静电平衡状态的导体，离场电荷较近和较远的两端将感应出等量的异号电荷，而导体的中间部分因感应电荷极少，可认为无感应电荷产生。“整体观”是指：当把两个或原来彼此绝缘的导体直接接触或用导线相连接时，就可把它们整体

2、看作一个导体。现通过以下几个容易混淆的知识点的比较，来使大家加深理解，掌握静电平衡的本质及分析判断的方法。一 先分后移和先移后分一样吗？【例1】如图1所示，将带电体A放在不带电但紧紧靠在一起的B、C的附近，先将B、C分开后移走A，和先移走A后分开B、C，导体B、C带电一样吗？【分析解答】根据“远近观”和“整体观”处于静电平衡的BC是一个整体，其两端将出现等量异种电荷，相对于A来说，近端B的电荷与A异号，远端B 的电荷与A同号。整个导体BC不显电性。在A 的电场作用下，若先分开B，C后移走A，则B、C中的等量异种电荷无法中合，故显电性，B带负电，C带正电。而若先将A移走，则BC中的等量异种电荷中

3、合，自由电子重新分布，BC整体不带电，分开后自然也不带电。二 接地与不接地一样吗？【例2】如图2，将带正电的A放在不带电的B的附近，将A移走B导体将带何种电？若将B接一下地，然后断开，再将A移走，B导体又将带何种电？+BA图2CBA图1【分析解答】由“远近观”可知，当B不接地时，B相对于A 的近端(左端)将感应出负电荷，远端（右端）将感应出等量的正电荷，移走A后，等量异种电荷中合，B不显电性。若将B接地，由“整体观”可知，B与大地构成一个整体 ，相对于A ；B成为近端将感应出负电荷，而大地成为远端，感应出等量的正电荷，将接地线断开后，再移走A ，B自然带负电。三 用手摸导体的左端和右端一样吗？

4、+BA图3【例3】如图3，将导体B靠近到带正电的A物体附近，然后用手摸导体B的左端或右端，导体B的带电情况一样吗？【分析解答】如图所示，在A 电场的作用下，B 的左端感应出负电荷，右端感应出等量的正电荷，不管用手摸导体B的左端还是右端，由于人体相当于一个导体 ，都将使得导体B和大地构成一个整体，相对于A而言，B 总是近端，大地总是远端，因B的电势大于零，所以大地上的自由电子在电场力的作用下，向高电势的B导体移动，使得B带负电。用手摸导体B的左端和右端情况是一样的，也就是说，用手摸导体B的任何地方都是一样的。四 处于静电平衡的导体，导体内某点的场强与感应电荷的场强均为零吗？【例四】如图4，在点电

5、荷+Q旁距点电荷r处放置一导体棒，长为L，则棒的中点O处的场强和感应电荷在中点的场强分别为多大？方向如何？【分析解答】导体棒处在+Q的电场中，处于静电平衡状态，其电荷只分布在外表面上，内部没有净电荷，导体内场强处处为零，故导体棒中点处的场强为零 。o-r-L-图4从另一个角度来讲，导体中点处的场强是场源电荷+Q和导体棒上的感应电荷在中点处的场强的合场强，若分别用EQ和EL表示+Q和感应电荷在中点处产生的场强。则有EQ+EL=0所以EL=-EQ=EL的方向为向左指向+Q。大小并不为零。五 小球接触带电球壳的内、外表面一样吗？【例5】如图5，A 为带有小缺口的空心金属球壳，带有正电荷，B 为距A很

6、远的的原来不带电的验电器，现用一个带有绝缘手柄的金属球C，第一次与A的内壁接触，再与验电器接触 ，如此重复多次；第二次带有绝缘手柄的金属球C与A的金属外壳接触，再与验电器接触 ，如此重复多次。两次观察到的验电器的现象一样吗？CBA图5【分析解答】A是一个处于静电平衡的带电体，其电荷只分布外表面上，内表面上没有电荷，所以小球C与A的内壁接触时，小球C上不带电，它不能将电荷搬运到验电器B上。验电器的金箔不会张开。若将小球C与A的外壁接触，小球上将分布上电荷，它与B的金属球相接触后将把电荷传给B，故此时验电器的金箔将张开。【拓展】此例中，若用导线将验电器的金属球和带电体A的内外表面分别接触，观察到的

7、验电器的现象一样吗？【分析解答】若用导线相连，情形就与例3有点相似，根据“远近观”和“整体观”，A和B将成为一个整体，验电器B为整体的外表面，电荷将重新分布，从A上移到B上，使验电器的箔片张开，连接金属球壳的内外表面是完全相同的。AB图6甲甲 六 静电屏蔽内外均能屏蔽吗、【例6】如图6，有一个带正电的金属球A和一个靠的很近的验电器B，现用一个金属网罩第一次罩住验电器B；第二次罩住带电的金属球A，两次观察到的验电器的现象一样吗？【分析解答】第一次用金属网罩把验电器B罩住，如图6甲所示，场源电荷A在网罩的外面，在A 球的电场作用下，金属网罩将感应出电荷，但电荷只分布在网罩的外表面上，内部（包括空腔）场强处处为零，故不会对验电器产生影响，验电器的箔片不会张开，即使把验电器和金属网罩用导线连接，箔片也不会张开，这表示金属网罩能把外面的电场屏蔽，使网罩内不受外电场的影响。第二次用金属网罩将带电小球A罩住，如图6乙而让验电器处于网罩外，此AB图6乙 乙时在带电小球A的电场作用下，金属网罩的内表面上感