導(dǎo)體的靜電平衡問題探討

1、導(dǎo)體的靜電平衡問題探討惠來一中 方昆東導(dǎo)體的靜電平衡問題實(shí)高中物理教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，但是，高考和物理競(jìng)賽都考過這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，因而引起了廣泛的關(guān)注。已有多位中學(xué)教師發(fā)表文章討論了靜電平衡中導(dǎo)體表面感應(yīng)電荷分布的問題，但概念不清，甚至做了錯(cuò)誤的解答。例如：圖（一）所示的點(diǎn)電荷附近的接地導(dǎo)體球表面的感應(yīng)電荷分布大概情況是怎樣的？導(dǎo)體的接地點(diǎn)在左邊或在右邊接地時(shí)，達(dá)到新的靜電平衡所花的時(shí)間有差異嗎？感應(yīng)電荷的分布跟接地點(diǎn)的選擇有關(guān)系嗎？接地穩(wěn)定后，導(dǎo)體球面上最左邊的感應(yīng)電荷面密度是0？、0？還是0？若把導(dǎo)體球改成一般形狀的導(dǎo)體，情況又怎樣？1、導(dǎo)體中電子的移動(dòng)速度為104106m/s，如果導(dǎo)體在得到新的

2、靜電平衡之前由于接地點(diǎn)的差異會(huì)引起新的靜電平衡所花時(shí)間的差異的話這個(gè)時(shí)間差應(yīng)該為t2R/v（而不是某些人所認(rèn)為的t2R/c）那么，對(duì)于一般的靜電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器所作的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)時(shí)間差將至少為幾分鐘，這顯然是荒謬的。從整體效應(yīng)上仔細(xì)考慮這個(gè)問題不難發(fā)現(xiàn)，所謂接地點(diǎn)在左或在右的不同造成的感應(yīng)電荷分布的時(shí)間差并不存在。2、接地穩(wěn)定后，導(dǎo)體球面上的感應(yīng)電荷的面密度在靠近正的場(chǎng)源電荷的一邊電荷面密度為10（表面帶負(fù)電荷），另一邊也帶負(fù)電荷2 0如圖（二），但是21，因此使得導(dǎo)體球內(nèi)的電場(chǎng)等于零。那種認(rèn)為遠(yuǎn)離正場(chǎng)源電荷的一邊帶正電荷的觀點(diǎn)在這種情況下恰好是錯(cuò)的。其實(shí)，如果20，那么圖（二）左邊的電勢(shì)一定大于零，這就與導(dǎo)體球接地，電勢(shì)等于零的前提相矛盾。3、通過計(jì)算可以知道，確實(shí)有2 0，而且左端點(diǎn)上的電荷密度也小于零，在這個(gè)點(diǎn)上的電荷密度是整個(gè)球面上電荷面密度最低的點(diǎn)。接地導(dǎo)體附近只有一個(gè)帶電體，則接地導(dǎo)體表面不可能有與帶電體上的電荷同號(hào)的電荷。用反證法證明：設(shè)帶電體A帶正電荷若接地導(dǎo)體B某處有正電荷（如圖）就有電場(chǎng)線從該正電荷發(fā)出此電場(chǎng)線不可能止于帶電體A否則導(dǎo)致既有U大于U，又有U大于U的矛盾，也不可能止于地或無窮遠(yuǎn)，否則導(dǎo)致U大于零與接地導(dǎo)體電位等于零的結(jié)論相矛盾；由