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如何正确认识带电导体接地问题

作者：赵坚 昆明第十四中

（原载《物理教学探讨》2001年第2期） 1 问题提出

由于现行统编教材《物理》第二册（必修）第15页中讲到：“防止静电危害的基本办法，是尽快把产生的静电导走，避免越积越多.具体措施则多种多样。油罐车是靠一条拖在地上的铁链把静电导走.飞机机轮上通常都装有搭地线，也有用导电橡胶做机轮轮胎的，着陆时它们可将机身的静电导入地下.”使得许多学生在高三选修课中学习静电感应部分的知识时，一看见带电导体接地就认为导体不带电荷，这种错误是对“接地”的概念缺乏深入的理解所致，因此，有必要对此作出探讨. 2 错误认识的根源分析 2 错误认识的根源分析

在对“接地”问题作出正确说明前，探讨一下造成错误认识的根源问题显得很有必要.笔者认为，原因大体可归为两方面.其一：由于课本中前述那段文字产生的负迁影响.其二：教学中有的教师对如下问题的原因的不确切解释.

[例1] 有一带电荷为Q的导体A，与大地相接后不带电。原因解释：由于其上电荷被大地中来的异号电荷中和. [例2] 如图1所示，导体A附近有一带电体B，由于静电感应在导体A的左右两侧出现感应电荷和q如果将导体A接地，则其上只带净电荷原因解释：由于电荷被 大地中来的等量负电荷中和. 带电导体接地后电荷是否真的就完全消失了呢？看来弄清楚此问题是帮助我们解决

问题的关键所在.

实验证明，通常情况下，大气相对于地球表面来说是带正电的，地球是一个带负电的导体，大地电场的方向是由空中指向地面，此电场并非线性分布.由实验测得在接近地表附近 的地方其场强根据带电导体表面附近的场强计算式可算出地表的电荷面密度

因地壳是导体，静电平衡时电荷分布在地球的表面上。现取地球半径m104.6R6

，可计算出地球带电量

我们知道，在静电实验中，导体所带的电量与地球带电量相比是很小的.因此，导体接地后和地球达到静电平衡时，可近似认为地球的电荷面密度并未受到影响.由于接地的导体和地球离得较近，自然不能将接地后的导体视为孤立导体。同时，由于接地导体和地球线度相比很微小，所以可将接地导体视为地球的一部分，这样，导体接地后其上的电荷面密度

假设接地导体是一个半径的球形导体,则接地后所带电

量C10 61.3)05.0( 2 9 2

1

此数量级的电荷要

想用实验仪器测出来是很难的，从这个角度讲，可近似认为导体接地后导体上的电荷“消失”了.那种将带电导体接地后电荷认为完全消失的错误观点，主要是把接地后的带电导体错误视为是孤立导体.应当如何正确认识带电导体接地问题呢？ 3 对“接地”概念的正确认识

既然接地后的带电导体不能视为孤立导体，因此，从电荷中和的角度对接地问题进行解释显然是不确切的.对前述例1、例2的合理解释应该是：

[例1]解释：由于带电导体A与大地连接，则A与地球构成等势体，根据处于静电平衡的导体净电荷只分布于等势体外表面的特征，对表面有许多高山和高大而尖锐的建筑物的地球，电荷Q几乎大部分分布于这些物体上，导体A上几乎不再有电荷.

[例2]解释：如图2所示，导体A与地球连接后构成一等势体，在带体B的电场作用下，导体A右侧（近端）出现感应电荷，而在地球和导体构成的等势体左侧（远端）出现感应电荷

综上，所谓带电导体－“接地”并非指导体就不带电荷了，导体“接地”仅仅意味着其电势为零，与大地构成一等势体

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