一道易錯題引發的實驗法

徐建強

(盧氏縣第一高級中學物理組 河南 盧氏 472200)

1 對一道習題的思考

筆者在教學中，遇到這樣一道易錯題：當帶正電導體A靠近一個絕緣導體B時，由于靜電感應，B兩端感應出等量異種電荷.將B左端接地，絕緣導體B帶何種電荷？

錯解：由于靜電感應導體B左端帶負電，右端帶正電.左端接地電荷被導走，導體B帶正電.

正解：接地后B相當于近端，大地為遠端，所以B帶負電.

解此題后,筆者腦海閃出一個問題，導體一端接地及分離時電荷在導體上究竟如何分布？通過理論分析后，為驗證分析,設計了以下實驗，并在教學時進行了演示.

2 實驗驗證

2.1 實驗器材

J2310感應起電機1臺，帶有金屬箔片的絕緣導體A與B1對，絕緣球形導體C1個，驗電器1個，橡膠棒1個，毛皮1片.

2.2 實驗過程

(1)使絕緣球形導體C帶負電.

方法：搖動起電機，使起電機一極與C接觸.用毛皮摩擦過的橡膠棒與驗電器的小球接觸，使它帶上負電.使球形導體接觸驗電器，發現驗電器金屬鉑片張開的角度變大，說明球形導體帶的是負電荷.

(2)探究當導體一端接地時，電荷在導體的分布情況.

1)使B端接地，觀察現象.當絕緣導體A與B靠在一起，放在帶負電的絕緣導體C旁邊，發現AB兩端箔片都張開.用手摸一下B端，發現B端箔片合攏，A端箔片仍張開，如圖1.移開手指，發現AB兩端箔片沒有變化.移去C，發現A端箔片張角減小，B端箔片張開.分開AB，發現AB兩端箔片仍張開.用驗電器檢驗枕形導體AB兩端帶的都是正電.當用手摸A端時，以上觀察結果沒有變化.

圖1

分析：手摸導體B端，人便把導體與大地連通，使大地參與了電荷轉移.因此，導體本身的電荷不再守恒，而是導體與大地構成的系統中電荷守恒.由于靜電感應，A端仍為正電荷，大地遠處感應出等量負電荷，則B端的負電荷通過人體流走，B端不帶電，即此時電荷只分布在A端.移開手指，大地與導體分離，由于異種電荷相互吸引，正電荷仍分布在A端.移去C后，A端電荷在AB上重新分配，使得AB都帶上正電荷.當用手摸A端時，分析相同.

圖解：如圖2.

2)手摸A端，移去手指，分開AB，發現A端箔片仍張開，B端箔片仍合攏；移去C，A端箔片仍張開，B端箔片仍合攏.用驗電器檢驗A帶的是正電.當用手摸B端時，以上觀察結果沒有變化.

分析：手摸導體A端時，由于靜電感應，A端仍為正電荷，大地遠處感應出等量負電荷，則B端的負電荷經A端通過人體流走，B端不帶電，所以B端箔片合攏.先分開AB，后移去C，則A端電荷不能重新分配給B，所以A帶正電，B不帶電.

3)使C帶上正電荷重復以上實驗過程，現象同上.

3 小結

此實驗宏觀地展現了微觀世界；明確了枕形導體靜電感應時，當導體一端接地，導體帶上異種電荷，但電荷只分布在靠近帶電體的一端，移去帶電體后，電荷才重新分布在整個導體上.如果接地后分開枕形導體，則使得電荷只分布在靠近帶電體的一端.實驗使學生對靜電感應及電荷守恒定律有了更進一步認識，處理此類習題時，能夠快速地選擇出正確答案，從而為解題找到一種新的方法——實驗法.

圖2

圖解：如圖3.

圖3