静电平衡下的导体

　　静电现象是指放在电场中的导体达到静电平衡的现象，其特点有导体内部场强处处为零，导体为等势体，导体表面为等势面；导体表面的场强与导体表面垂直；导体内部没有净电荷。笔者从以下两方面来说明静电平衡的现象，希望对学生的理解有所启发。
　　 一、要紧紧抓住电场强度的概念，弄清静电平衡的基本原理
　　 金属原子的最外层电子受到原子核的吸引力便十分微弱，在一块金属中，某原子的最外层电子在其余原子的作用下，会很容易脱离原来的原子，而在整块金属中游荡，成为自由电子。剩余部分叫金属阳离子，它只能在自身的平衡位置附近做无规则的振动。整块金属呈电中性。
　　 当把呈电中性的金属导体放入电场强度为E0的静电场中时，导体中的自由电子受到与电场E0方向相反的电场力F=eE0的作用，除了做无规则的热运动外，还要向电场E0的反方向做定向移动。如图1中的甲图所示，
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　自由电子在导体的AB面集结，使AB面出现负电荷，而相对的CD面出现“过剩”的等量正电荷，如图1中的乙图所示。此时两侧面出现的正、负电荷在导体内部产生的电场E′（图中E′用黑虚线箭头表示）与E0反向，此时自由电子又受到电场力F′=eE′的作用，F与F′方向相反，当E′=E0时，导体内合场强E=0，自由电子受到的合力也为零，这时导体中无电荷定向移动，如图1中丙图所示，从而得到处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零的结论，在导体内部移动电荷不做功，此时导体也是等势体。
　　 二、通过适当练习，提高分析问题的能力
　　 要通过适当的变式练习，使学生从多个侧面加深对导体中的电场处处为零的理解，并能举一反三地解决问题。为此，笔者设计了如下程序题组，来加深学生对静电平衡下导体的理解。
　　
　　
　　
　　 例1．如图2所示，在孤立点电荷+Q的电场中，金属圆盘A处于静电平衡状态，若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，试在圆盘作出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线（用实线表示，要求严格作图）。
　　
　　
　　
　　 解析：导体A处于静电平衡状态，因此内部每点的合场强都为零，即导体A内的每一点，感应电荷产生的电场强度都与点电荷+Q在那点的电场强度大小相等、方向相反，即感应电荷的电场线与点电荷Q的电场线重合，且方向相反。三条电场线如图3中实线所示。
　　
　　
　　
　　
　　
　　 例2．如图4所示，一个不带电的绝缘导体P正在向带负电的小球Q缓慢靠近（不接触，且未发生放电现象），则下列说法正确的是（ ）
　　 A．B端的感应电荷越来越多
　　 B．导体内场强越来越大
　　 C．导体上的感应电荷在C点产生的场强始终大于在D点产生的场强
　　 D．感应电荷在C、D两点产生的场强相等
　　 解析：导体P向负电荷Q靠近的过程中，导体所处的外加电场的场强增大，导体内的自由电荷将定向移动，使两端的电荷增加，所以选项A是正确的。
　　 由于导体处于静电平衡状态，感应电荷产生的场强与场源电荷产生的场强大小相等、方向相反，合场强为零。由于C点离电荷Q近，D点离电荷Q远，根据点电荷电场场强分布规