“遠(yuǎn)近觀”與“整體觀”-靜電平衡問題巧處理

在學(xué)習(xí)“電場(chǎng)中的導(dǎo)體”這部分內(nèi)容時(shí)，許多學(xué)生反映，即使把處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點(diǎn)記得很清楚，但在處理具體問題時(shí)，往往仍感到不能靈活運(yùn)用。筆者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，用“遠(yuǎn)近觀”及“整體觀”的觀點(diǎn)來處理這類問題，不僅易于掌握，而且簡(jiǎn)單快捷。

“遠(yuǎn)近觀”是指：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，離場(chǎng)電荷較近和較遠(yuǎn)的兩端將感應(yīng)出等量的異種電荷，而導(dǎo)體的中間部分因感應(yīng)電荷極少，可認(rèn)為無感應(yīng)電荷產(chǎn)生，如：圖示一。

“整體觀”是指：當(dāng)把兩個(gè)或多個(gè)原來彼此絕緣的導(dǎo)體接觸或用導(dǎo)線連接時(shí)，就可把它們看作是一個(gè)大導(dǎo)體，再用“遠(yuǎn)近觀”判斷它們帶電情況，如：圖示二。有些問題中所提到的“用手觸摸某導(dǎo)體”其實(shí)就是導(dǎo)體通過人體與大地構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體。

例１：如圖三，不帶電的導(dǎo)體Ｂ在靠近帶正電的導(dǎo)體Ａ后，Ｐ端及Ｑ端分別感應(yīng)出負(fù)電荷和正電荷。此時(shí)若用導(dǎo)線將Ｑ端接地，然后斷開，再取走Ａ，則導(dǎo)體Ｂ將帶何電荷？

分析與解釋：用導(dǎo)線將Ｑ接地后，導(dǎo)體Ｂ與地球構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體，其距Ａ較近的為Ｐ端，仍帶感應(yīng)負(fù)電荷；其距Ａ較遠(yuǎn)處，不再是Ｑ端，而是地球，將感出正電荷；而Ｑ端成為大導(dǎo)體的中間部分將不會(huì)有感應(yīng)電荷。所以，導(dǎo)體Ｂ將帶負(fù)電荷。

另外，用此法也易判斷，此題中Ｂ導(dǎo)體Ｐ端接地，經(jīng)過上述分析，其結(jié)論如上。

例２：如圖示四，空腔導(dǎo)體Ａ不帶電，金屬Ｂ置于Ａ內(nèi)，并通過導(dǎo)線和開關(guān)連接。Ｓ斷開時(shí)，Ｂ帶負(fù)電。若將Ｂ與Ａ的內(nèi)壁接觸，則接觸后Ｂ的帶電情況如何？此后若把Ｂ恢復(fù)原位置再將開關(guān)Ｋ閉合，Ｂ的帶電情況又如何？

分析與解釋：Ｂ與Ａ接觸構(gòu)成一個(gè)整體，而孤立帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部不會(huì)有凈電荷，故Ｂ的負(fù)電荷將全部移到Ａ的外表面。Ｂ復(fù)位后再將開關(guān)Ｓ閉合，則Ｂ通過導(dǎo)線與地球構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體，且該大導(dǎo)體處于Ａ電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)中。達(dá)到靜電平衡時(shí)離Ａ的遠(yuǎn)端處，即地球的一端將感應(yīng)負(fù)電荷，離Ａ較近處，即Ｂ將感應(yīng)正電荷，故最后Ｂ帶上正電荷。　　　　　

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