一道易錯題引發(fā)的實驗法

徐建強

(盧氏縣第一高級中學(xué)物理組 河南 盧氏 472200)

1 對一道習(xí)題的思考

筆者在教學(xué)中，遇到這樣一道易錯題：當(dāng)帶正電導(dǎo)體A靠近一個絕緣導(dǎo)體B時，由于靜電感應(yīng)，B兩端感應(yīng)出等量異種電荷.將B左端接地，絕緣導(dǎo)體B帶何種電荷？

錯解：由于靜電感應(yīng)導(dǎo)體B左端帶負(fù)電，右端帶正電.左端接地電荷被導(dǎo)走，導(dǎo)體B帶正電.

正解：接地后B相當(dāng)于近端，大地為遠(yuǎn)端，所以B帶負(fù)電.

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

2 實驗驗證

2.1 實驗器材

J2310感應(yīng)起電機(jī)1臺，帶有金屬箔片的絕緣導(dǎo)體A與B1對，絕緣球形導(dǎo)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(dǎo)體C帶負(fù)電.

方法：搖動起電機(jī)，使起電機(jī)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(fù)電.使球形導(dǎo)體接觸驗電器，發(fā)現(xiàn)驗電器金屬鉑片張開的角度變大，說明球形導(dǎo)體帶的是負(fù)電荷.

(2)探究當(dāng)導(dǎo)體一端接地時，電荷在導(dǎo)體的分布情況.

1)使B端接地，觀察現(xiàn)象.當(dāng)絕緣導(dǎo)體A與B靠在一起，放在帶負(fù)電的絕緣導(dǎo)體C旁邊，發(fā)現(xiàn)AB兩端箔片都張開.用手摸一下B端，發(fā)現(xiàn)B端箔片合攏，A端箔片仍張開，如圖1.移開手指，發(fā)現(xiàn)AB兩端箔片沒有變化.移去C，發(fā)現(xiàn)A端箔片張角減小，B端箔片張開.分開AB，發(fā)現(xiàn)AB兩端箔片仍張開.用驗電器檢驗枕形導(dǎo)體AB兩端帶的都是正電.當(dāng)用手摸A端時，以上觀察結(jié)果沒有變化.

圖1

分析：手摸導(dǎo)體B端，人便把導(dǎo)體與大地連通，使大地參與了電荷轉(zhuǎn)移.因此，導(dǎo)體本身的電荷不再守恒，而是導(dǎo)體與大地構(gòu)成的系統(tǒng)中電荷守恒.由于靜電感應(yīng)，A端仍為正電荷，大地遠(yuǎn)處感應(yīng)出等量負(fù)電荷，則B端的負(fù)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(dǎo)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(dāng)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(fā)現(xiàn)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(dāng)用手摸B端時，以上觀察結(jié)果沒有變化.

分析：手摸導(dǎo)體A端時，由于靜電感應(yīng)，A端仍為正電荷，大地遠(yuǎn)處感應(yīng)出等量負(fù)電荷，則B端的負(fù)電荷經(jīng)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(fù)以上實驗過程，現(xiàn)象同上.

3 小結(jié)

此實驗宏觀地展現(xiàn)了微觀世界；明確了枕形導(dǎo)體靜電感應(yīng)時，當(dāng)導(dǎo)體一端接地，導(dǎo)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(dǎo)體上.如果接地后分開枕形導(dǎo)體，則使得電荷只分布在靠近帶電體的一端.實驗使學(xué)生對靜電感應(yīng)及電荷守恒定律有了更進(jìn)一步認(rèn)識，處理此類習(xí)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