“远近观”与“整体观”——静电平衡问题巧处理在学习“电场中的导体”这部分内容时,许多学生反映,即使把处于静电平衡状态导体的特点记得很清楚,但在处理具体问题时,往往仍感到不能灵活运用。笔者经研究发现,用“远近观”及“整体观”的观点来处理这类问题,不仅易于掌握,而且简单快捷。
“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种电荷,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,如:图示一。
“整体观”是指:当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时,就可把它们看作是一个大导体,再用“远近观”判断它们带电情况,如:图示二。有些问题中所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体。
例1:如图三,不带电的导体B在靠近带正电的导体A后,P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷。此时若用导线将Q端接地,然后断开,再取走A,则导体B将带何电荷?
分析与解释:用导线将Q接地后,导体B与地球构成一个大导体,其距A较近的为P端,仍带感应负电荷;其距A较远处,不再是Q端,而是地球,将感出正电荷;而Q端成为大导体的中间部分将不会有感应电荷。所以,导体B将带负电荷。
另外,用此法也易判断,此题中B导体P端接地,经过上述分析,其结论如上。
例2:如图示四,空腔导体A不带电,金属B置于A内,并通过导线和开关连接。S断开时,B带负电。若将B与A的内壁接触,则接触后B的带电情况如何?此后若把B恢复原位置再将开关K闭合,B的带电情况又如何?
分析与解释:B与A接触构成一个整体,而孤立带电导体处于静电平衡状态时,其内部不会有净电荷,故B的负电荷将全部移到A的外表面。B复位后再将开关S闭合,则B通过导线与地球构成一个大导体,且该大导体处于A电荷所产生的电场中。达到静电平衡时离A的远端处,即地球的一端将感应负电荷,离A较近处,即B将感应正电荷,故最后B带上正电荷。
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