关于接地问题的思考

关于接地问题的思考
杨述杰
教学中发现，很多学生在关于导体接地后会产生什么影响感到非常困惑，对一些实际接地后出现的现象无法理解。

在此，我主要是想通过一些实例谈谈有关接地的问题。

1、电容器充电后，其中一极板接地会影响其电荷量吗？
例1：如图一所示电路中，将开关k闭合后，电容器C被充电，上下两极
板带等量异号电荷，电容器所带的电荷量为Q。

此后K断开，而将电容器
的下极板接地（如图二所示），其电荷量会发生变化吗？
在做题过程中，很多同学认为：下极板带负电，大地呈中性，它们
之间由于电荷的不平衡而形成电场，从而导致一部分负电荷流走，最后在
上极板所带正电荷的电场作用下从新达到静电平衡。

对于下极板而言，所
带-Q’电荷量的绝对值必然减少，即'
<Q。

但此时电容器的电荷量到底
Q
应该为多少呢？学生们一脸的茫然……
分析：该想法乍一看好象天衣无缝，但认真分析后，这里忽略了
一些重要的东西：
首先，我们所使用的平行板电容器的两极板是有一定厚度的，充电后
两极板所带的电荷只能分布（看成均匀分布）在正对的内表面上，板内和
两外表面无电荷（如图三所示）。

断开开关后，上、下两极板（面积较大，
相距很近）各自所带的电荷分别在其表面附近形成大小相等的匀强电场E1、
E2。

如图四所示，在两极板正对面之间的O点，E1、E2方向相同，叠加后
得到更强的匀强电场，而在两正对面以外导体中的P、R两点，E1、E2的
方向相反，叠加后电场强度为为零，整个极板是一个等势体。

下极板接地后，
只是使下极板的电势变为零，不会有电荷的移动，则不会引起电容器的电
荷量发生改变，也不会引起电容器之间的电场的改变。

2、关于静电平衡的导体一部分接地后其带电荷量的变化
例2：如图五、图六所示：在地面上用一绝缘支架支持一不带电的金属导体，
当用一带+Q的带电体接近该导体时，由于静电感应，导体的A、B两端分
别等量异种电荷+q、-q。

（1）、将导体远离+Q的A端接地时，导体所带电荷将如何变化？
（2）、将导体靠近+Q的B端接地时，导体所带电荷将如何变化？
解答：无论A、B端接地，大地的自由电子都沿导线达到A端与正电
荷中和，从新达到静电平衡后A端不带电，而B端仍带负电。

导体是电势
为零的等势体。

A端接地时，大地的自由电子沿导线被吸引到导体的A端与正电荷中
和，对这学生容易理解。

但当B端接地时，大地的自由电子也沿导线被吸引
上去而与A端正电荷中和，这就让很多学生无法理解，B端的负电荷对电子
也有排斥力，大地的自由电子为什么可以上去呢？
分析与解释：当带电体+Q靠近金属导体时，金属导体在+Q的电场中
发生静电感应，静电平衡时，金属导体的A、B两端分别带等量异号+q、-q
此时导体是一个等势体，导体内部电场强度处处为零。

若将A
大地呈中性，A端带正电，则大地的自由电子可以沿导线到达导体的A
正电荷中和，从而引起导体中自由电子的移动。

但重新达到静电平衡后，A端不带电而B端必须带负电，否则导体内部的电场不能为零，这样导体内的自由电子会在电场力的作用下继续移动，直到导体场强处处为零止。

导体的电势与大地相同也变为零。

而改作B端接地时，由于正电荷+Q的电场线起始于正电荷，终止于无穷远处，无穷远处的电势为零。

处在该电场中的金属导体处于静电平衡时，整个导体是个等势体，其电势高于零电势。

而大地的电势为零，在电场力作用下，大地中的自由电子会在电场力的作用下从电势低的大地向电势高的导体移动，最后和A端的正电荷中和。

重新达到静电平衡时，A端呈中性，而B端仍带负电荷，整个导体的电势为零。

接地只是将导体与大地相连部位多余静电
带走。

3、干电池的一极接地时会有电荷移动吗？
例3：
积聚，负电荷在负极积聚。

若将正极接地，导线中会有电流吗？
来和和正电荷中和呢？
此后不再有电流流动。

地部位的电势为零，对整个电路不再引起其它任何变化。

实际生活或电路中有关接地目的无非以下两种：
一、将导体多余的静电带走。

二、让接地部位的电势变为零。

用电的目的。