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摘要：静电屏蔽在常规状态下分为静电内屏蔽与静电外屏蔽，通过电场中的导体特性可以进行有关推导，并且延伸得到大范围屏蔽的结论，对屏蔽进行推广和外延（限于高中知识），以解释无穷大的带异种电荷的平行正对导体板其中一个外侧接地不漏电的原因。
关键词：静电场中的导体；静电屏蔽；感应电荷；电势与电势差
在学习完有关静电现象的应用一课后，我将前后知识联系，引发了我对静电及屏蔽现象的新认知与见解，故作此文进行相关理解的论述，并注以扩展与合理外延。
在静电现象的学习中，我们得出了电场中导体的电荷分布规律，即在不接地时有：导体的感应电荷分布在外表面，且导体内部等势，场强处处为零①。故在一个处于电场中的导体内部挖出一个空腔，不影响分布在外表面的电荷，即空腔的存在并不会影响到整个导体内部场强为零，不受外界电场影响，也就是静电内屏蔽。
由此进行外推，我们讨论的情形不只是环绕包围的导体壳，在匀强电场中，放入一个规则的立方体导体，若使其一个面正对电场方向，则在其相对的面上感应出电荷，即在此两个面上以外均无电荷，可以随意挖去多余的导体，所以我们不仅可以挖出空腔，还可以在其他面上挖出凹陷，甚至将中间的部分全部挖去（不过前提是将它先置于电场中，再挖去中间部分）。用物理模型表述为：在匀强电场中正对电场线放入两个平行正对金属板，连接后再断开（不考虑导线的电荷感应），板间区域场强为零，即被屏蔽（如图1阴影区域）。
改变条件，我们可以选取一个有厚度的金属壳（因球壳最为方便，故以下论述采用球壳模型）进行研究，在其中放入一个带电体，利用感应电荷与电场中导体的知识②，易得球壳内外均有电场线，且球壳整体是一个等势体，内部场强处处为零，是静电内屏蔽现象。
由此进行外推：当我们将内部挖出无数个空腔，以致将球壳分成了内、外两个部分，即球壳套球壳的情形（先置于电场中再挖空腔），此时两个球壳间的区域场强为零，即被屏蔽，利用物理模型进行描述：球壳套球壳时，在其中心放入带电体，将两球壳连接再断开，两壳间部分被屏蔽，场强为零（如图2阴影区域）。
具体解释如下：
当闭合开关时，两球壳成为整体。由于静电感应，内球壳外侧与外球壳内侧等电势（其实，内球壳内侧与外球壳外侧也等势），场强为零，当断开开关时，两球壳的电荷由于合力作用为零而无法重新排布，内球壳外侧与外球壳内侧仍等电势，无电势差则无电场线，场强自然为零。
不接地情况讨论结束，在不接地情形中我们讨论了电场中的正对导体板或壳的屏蔽现象，介于此结论，我们便可以进行接地情况下的推导与外延。
首先讨论最基本情形：接地球壳内放有带电体，则球壳外部区域不受该带电体的影响，即静电外屏蔽。这个结论是可以推导得到的，接地后，球壳内侧出现了感应电荷，外侧的感应电荷被排列到地球上无穷远处，依据电场的叠加可以得出此结论，球壳外侧出现静电外屏蔽，场强为零。用这种方法得证此结论后开始进一步的论述。用不接地情况可以推论如下：电场中感应出的异号电荷间包围的区域均为屏蔽区。
利用推论可以做此理解，带电体将同种感应电荷排至地球上无穷远处，就可以视为无穷远处就存在它的感应电荷，将所有无穷远处均视作一体，就形成了一个假想的大球壳，则理想球壳与真实球壳内被屏蔽，场强为零，即接地球壳外的部分产生了“静电内屏蔽”现象。我们未尝不可用这种新思路进行理解。
下面进行匀强电场中的屏蔽讨论。先建立一对无穷大平行正对金属板产生的匀强电场，令右侧极板接地，规定无穷远处电势为零，在电场中正对电场线放入一个方形导体，此时导体内部场强为零。此时，将此导体右侧接地，则导体左侧带电，右侧电荷被排至地球无穷远处。此时导体右侧与极板的电势均为零，故导体右侧到极板的区域无电场线，场强为零，即被屏蔽（当然，整个导体内部也被屏蔽）（如图3阴影部分）。
此结论同样可以用场强叠加的方法证明，在匀强电场中，由于感应原理，导体左侧的电荷产生的电场在阴影部分必然与匀强电场等大反向（可以利用匀强电场中不接地导体内场强为零证明，高中阶段一般不做讨论），故叠加后场强为零。利用物理模型描述：极板产生的匀强电场中，若一极板接地，再放入一个接地导体，则导体到该极板间的部分场强为零，被屏蔽。
由此推而广之，我们可以由有形电场到抽象电场，此结论仍适用，一个匀强电场中，电场线一直到达无穷远处，放入一接地导体，导体沿电场方向到无穷远的区域全部被屏蔽。再将此抽象电场具体化为一个无穷大的带电金属板产生电场，电场中的接地导体可以将其背对极板的一侧全部屏蔽。
由此再推而广之，若将此接地导体变成一个无穷大的接地导体板，放入由单个带电极板产生的匀强电场中并与此带电极板平行正对，则产生的效果很明显：此两个无穷大的平行正对导体板组成了我们熟知的匀强电场模型，在此模型中，接地极板将其远离另一极板的区域全部屏蔽，无电场线，就没有电荷的流入与流出，也就是两带等量异种电荷的平行正对金属板的任意一个金属板外侧接地后不会有电荷流出的原因（如图4），
可以理解为我们的经典模型：两金属板互相将远离对方的一侧屏蔽了。
作出如下解释：接地后，接地板与大地等电势，故导线可有可无。平衡后，电荷不再在板与大地间流动，将导线拆去后两极板平行正对带等量异种电荷，此时无论将哪一个极板的外侧单独接地（不能同时接地），由于屏蔽现象，均不会有电荷流入或流出。我将这种屏蔽现象叫做“静电单侧屏蔽”。
至此，全部的静电屏蔽相关论述及外延结束，其中部分证明论述有省略减缩，均可在普通高中物理教科书人教版选修3—1、教辅书得证。
注释：
①（见人教版高中物理教科书选修3—1第一章第7课。
②（原理见人教版高中物理教科书选修3—1第一章第7课。推导见《5年高考·3年模拟》人教版高中物理选修3—1第一章第7课教材点拨部分。
作者单位：山西省太原市第十二中学高二（1411）班
关键词：静电场中的导体；静电屏蔽；感应电荷；电势与电势差
在学习完有关静电现象的应用一课后，我将前后知识联系，引发了我对静电及屏蔽现象的新认知与见解，故作此文进行相关理解的论述，并注以扩展与合理外延。
在静电现象的学习中，我们得出了电场中导体的电荷分布规律，即在不接地时有：导体的感应电荷分布在外表面，且导体内部等势，场强处处为零①。故在一个处于电场中的导体内部挖出一个空腔，不影响分布在外表面的电荷，即空腔的存在并不会影响到整个导体内部场强为零，不受外界电场影响，也就是静电内屏蔽。
由此进行外推，我们讨论的情形不只是环绕包围的导体壳，在匀强电场中，放入一个规则的立方体导体，若使其一个面正对电场方向，则在其相对的面上感应出电荷，即在此两个面上以外均无电荷，可以随意挖去多余的导体，所以我们不仅可以挖出空腔，还可以在其他面上挖出凹陷，甚至将中间的部分全部挖去（不过前提是将它先置于电场中，再挖去中间部分）。用物理模型表述为：在匀强电场中正对电场线放入两个平行正对金属板，连接后再断开（不考虑导线的电荷感应），板间区域场强为零，即被屏蔽（如图1阴影区域）。
改变条件，我们可以选取一个有厚度的金属壳（因球壳最为方便，故以下论述采用球壳模型）进行研究，在其中放入一个带电体，利用感应电荷与电场中导体的知识②，易得球壳内外均有电场线，且球壳整体是一个等势体，内部场强处处为零，是静电内屏蔽现象。
由此进行外推：当我们将内部挖出无数个空腔，以致将球壳分成了内、外两个部分，即球壳套球壳的情形（先置于电场中再挖空腔），此时两个球壳间的区域场强为零，即被屏蔽，利用物理模型进行描述：球壳套球壳时，在其中心放入带电体，将两球壳连接再断开，两壳间部分被屏蔽，场强为零（如图2阴影区域）。
具体解释如下：
当闭合开关时，两球壳成为整体。由于静电感应，内球壳外侧与外球壳内侧等电势（其实，内球壳内侧与外球壳外侧也等势），场强为零，当断开开关时，两球壳的电荷由于合力作用为零而无法重新排布，内球壳外侧与外球壳内侧仍等电势，无电势差则无电场线，场强自然为零。
不接地情况讨论结束，在不接地情形中我们讨论了电场中的正对导体板或壳的屏蔽现象，介于此结论，我们便可以进行接地情况下的推导与外延。
首先讨论最基本情形：接地球壳内放有带电体，则球壳外部区域不受该带电体的影响，即静电外屏蔽。这个结论是可以推导得到的，接地后，球壳内侧出现了感应电荷，外侧的感应电荷被排列到地球上无穷远处，依据电场的叠加可以得出此结论，球壳外侧出现静电外屏蔽，场强为零。用这种方法得证此结论后开始进一步的论述。用不接地情况可以推论如下：电场中感应出的异号电荷间包围的区域均为屏蔽区。
利用推论可以做此理解，带电体将同种感应电荷排至地球上无穷远处，就可以视为无穷远处就存在它的感应电荷，将所有无穷远处均视作一体，就形成了一个假想的大球壳，则理想球壳与真实球壳内被屏蔽，场强为零，即接地球壳外的部分产生了“静电内屏蔽”现象。我们未尝不可用这种新思路进行理解。
下面进行匀强电场中的屏蔽讨论。先建立一对无穷大平行正对金属板产生的匀强电场，令右侧极板接地，规定无穷远处电势为零，在电场中正对电场线放入一个方形导体，此时导体内部场强为零。此时，将此导体右侧接地，则导体左侧带电，右侧电荷被排至地球无穷远处。此时导体右侧与极板的电势均为零，故导体右侧到极板的区域无电场线，场强为零，即被屏蔽（当然，整个导体内部也被屏蔽）（如图3阴影部分）。
此结论同样可以用场强叠加的方法证明，在匀强电场中，由于感应原理，导体左侧的电荷产生的电场在阴影部分必然与匀强电场等大反向（可以利用匀强电场中不接地导体内场强为零证明，高中阶段一般不做讨论），故叠加后场强为零。利用物理模型描述：极板产生的匀强电场中，若一极板接地，再放入一个接地导体，则导体到该极板间的部分场强为零，被屏蔽。
由此推而广之，我们可以由有形电场到抽象电场，此结论仍适用，一个匀强电场中，电场线一直到达无穷远处，放入一接地导体，导体沿电场方向到无穷远的区域全部被屏蔽。再将此抽象电场具体化为一个无穷大的带电金属板产生电场，电场中的接地导体可以将其背对极板的一侧全部屏蔽。
由此再推而广之，若将此接地导体变成一个无穷大的接地导体板，放入由单个带电极板产生的匀强电场中并与此带电极板平行正对，则产生的效果很明显：此两个无穷大的平行正对导体板组成了我们熟知的匀强电场模型，在此模型中，接地极板将其远离另一极板的区域全部屏蔽，无电场线，就没有电荷的流入与流出，也就是两带等量异种电荷的平行正对金属板的任意一个金属板外侧接地后不会有电荷流出的原因（如图4），
可以理解为我们的经典模型：两金属板互相将远离对方的一侧屏蔽了。
作出如下解释：接地后，接地板与大地等电势，故导线可有可无。平衡后，电荷不再在板与大地间流动，将导线拆去后两极板平行正对带等量异种电荷，此时无论将哪一个极板的外侧单独接地（不能同时接地），由于屏蔽现象，均不会有电荷流入或流出。我将这种屏蔽现象叫做“静电单侧屏蔽”。
至此，全部的静电屏蔽相关论述及外延结束，其中部分证明论述有省略减缩，均可在普通高中物理教科书人教版选修3—1、教辅书得证。
注释：
①（见人教版高中物理教科书选修3—1第一章第7课。
②（原理见人教版高中物理教科书选修3—1第一章第7课。推导见《5年高考·3年模拟》人教版高中物理选修3—1第一章第7课教材点拨部分。
作者单位：山西省太原市第十二中学高二（1411）班