对一道静电习题的实验验证

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1、对一道静电习题的实验验证习题：如图1，AB为一不带电的绝缘导体。将一带正电的导体C靠近A端。求A、B两端所带电荷的性质。如果用导线将AB导体接地，AB两端又带何种电荷？去掉导线将A移开后，结果又怎样？　　分析过程如下：当带正电的导体C靠近A端时，由于静电感应，A端出现负感应电荷，B端将出现等量的正感应电荷，如图2所示。当用导线将AB接地时，由于受C的排斥，B端的正电荷被导入大地（本质上是大地的自由电子在电场力的作用下由低电势的大地移向较高电势的AB导体，中和了其上的全部正感应电荷）。因此A端仍带负电，B端不带电。值得一提的是，无论是将A端还是B端接地，结果都一样，如图3所示。单

2、位：金太阳教育　姓名：刘占想　E_mail：lzx4149999@163.com　　当去掉导线时，由于原来AB处于静电平衡状态，电荷分布将不变。当C移走后，静电平衡被破坏，A端多余的负电荷将在整个导体上重新分布，A、B两端均带负电。　　由于涉及静电的有关物理概念比较抽象，一般学生难以理解上述物理过程，甚至对解答结果持怀疑态度。如果能对该习题配上演示实验加以验证，无疑对消除学生的疑虑，加深学生对静电感应现象的理解有重要作用。下面介绍一个能见度非常显著的实验演示过程。　　取一个不带电的指针验电器，其金属杆相当于习题中的AB导单位：金太阳教育　姓名：刘占想　E_mail：lzx4149

3、999@163.com体，金属球那端相当于A端，指针那端相当于B端。将一用丝绸摩擦过的玻璃（相当于习题中的导体C）移近验电器的金属球，实验观察到原来合拢的指针偏开了一定的角度。　　这是由于静电感应，验电器金属杆的上下端出现了感应电荷，其中上端带负电，下端带等量正电，下端的正电荷互相排斥使指针张开，如图5所示。　　如果此时用手接触一下验电器的金属杆或金属球，实验发现，验电器的指针迅速合拢，如图6所示。　　上述实验现象表明，验电器指针端的正电荷被人体全部导入大地。此时即使放开手指，由于验电器已处于静电平衡状态，电荷分布不会因松手而改变，因此，验电器指针仍保持合拢。　　如果此时将带正电

4、的玻璃棒移走。实验发现，原来合拢的指针单位：金太阳教育　姓名：刘占想　E_mail：lzx4149999@163.com又偏开了一定的角度，且偏角比原来小！如图7所示。这是因为移走带正电的玻璃棒后，外界电场的影响消失，金属球上的负感应电荷在金属杆上下重新分布，其指针端带上了绝对值比原来正感应电荷少的负电荷，因而指针又偏开了一定角度。只是偏角比原来小。　　为了验证验电器所带电荷的性质，可将一用毛皮摩擦过的橡胶棒（带负电）移近验电器的金属球，实验表明：在橡胶棒移近的过程中的金属球，验电器指针的偏转角逐渐变大，如图8所示。这是由于同种电荷互相排斥，从金属球转移到指针端的负电荷增多的缘故

5、，因而也证明了验电器此时带负电！　　为了保证本实验成功，实验前一定要将所用器材特别是验电器内外放在阳光下暴晒半个小时左右。如果是阴雨天则用红外线灯烘烤十几分钟亦可。另外，为避免手上的汗液留在验电器上对实验产单位：金太阳教育　姓名：刘占想　E_mail：lzx4149999@163.com生不良影响，最好用手握一根干燥的导体棒触碰验电器的金属杆（或金属球）来代替用手直接接触，这样可防止验电器上的静电荷不致泄放到空气中去。单位：金太阳教育　姓名：刘占想　E_mail：lzx4149999@163.com