一道感应起电习题的解析

1.1 对感应起电一道习题的解析

对静电感应起电，有这样一道题：当带正电导体A靠近一个绝缘导体B时，由于静电感应，B两端感应出等量异种电荷。将B左端接地，绝缘导体B带何种电荷？

错误的解答：多数学生认为，由于静电感应导体B左端带负电，右端带正电。左端接地电荷被导走，导体B带正电。

正确的解答：接地后B整个物体相当于近端，大地为远端，所以B带负电。

解答完此题后脑海闪出一个问题，导体一端接地，分离后电荷在导体上究竟是如何分布的？

实验验证

（一）实验器材

J2310感应起电机（一个）、带有金属箔片的绝缘导体A与B（一对）、绝缘球形导体C（一个）、验电器（一个）、橡胶棒（一个）、毛皮（一片）。

（二）实验过程

1．使绝缘球形导体C带负电。

方法：摇动起电机，使其起电机一极与C接触。用毛皮摩擦过的橡胶棒与验电器的小球接触，使它带上负电。使球形导体接触验电器，发现验电器金属铂片张开的角度变大，说明球形导体代的是负电荷。

2．探究当导体一端接地时，电荷在导体的分布情况。

（1）使B端接地，观察现象。过程：当绝缘导体A与B靠在一起，放在带负电的绝缘导体C旁边，发现AB两端箔片都张开。用手摸一下B端，发现B端箔片合拢，A端箔片仍张开，如图1。移开手指，发现AB两端箔片没有变化。移去C发现A端箔片张角减小，B 端箔片张开。分开AB，发现AB两端箔片仍张开。用验电器检验枕形导体AB两端带的都是正电。当用手摸A端时，以上观察结果没有变化。

分析：用手摸一下导体B端，人便把导体与大地连通，使大地参与了电荷转移。因此，导体本身的电荷不再守恒，而是导体与大地构成的系统中电荷守恒。由于静电感应，A端仍为正电荷，大地远处感应出等量负电荷，则B端的负电荷通过人体流走，B端不带电，即此时电荷只分布在A端。移开手指，大地与导体分离，由于异种电荷相互吸引，正电荷仍分布在A端。移去C后，A端电荷在AB上重新分配，使得AB都带上正电荷。当用手摸A端时，分析相同。

图解：如图2。

?

（2）用手摸一下A端，移去手指，分开AB，发现A端箔片仍张开，B端箔片仍合拢，移去C，A端箔片仍张开，B端箔片仍合拢。用验电器检验A带的是正电。当用手摸B端时，以上观察结果没有变化。

分析：用手摸一下导体A端时，由于静电感应，A端仍为正电荷，大地远处感应出等量负电荷，则B端的负电荷经A端通过人体流走，B端不带电，所以B端箔片合拢。先分开AB，后移去C，则A端电荷不能重新分配给B，所以A带正电，B不带电。图解：如图3。

?

（3）使C带上正电荷重复以上实验过程，现象同上。分析：C带正电荷，由于静电感应则A端感应出负电荷，大地远端感应出正电荷，负电荷会通过手指流入B端中和其上正电荷，使得B端不带电。

?

三、小结

通过此实验把微观世界宏观展现。明确了枕形导体静电感应时，当导体一端接地，导体带上异种电荷，但电荷只分布在靠近带电体的一端。移去带电体后，电荷才重新分布在整个导体上。如果接地后分开枕形导体，则使得电荷只分布在靠近带电体的一端。同时使学生对静电感应及电荷守恒定律有了更进一步认识，处理此类习题时，能够快速的选择出正确答案，为讲解习题找到一种新的方法──实验法。