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题目

两个同心薄金属球壳的半径分别为R_1和R_2(R_1< R_2),分别带有电荷量为+q_1和+q_2的正电荷,现用导线将两球壳相连,则r>R_2处的场强 A. 不变。B. 减小。C. 条件不足,无法确定。D. 增加。

两个同心薄金属球壳的半径分别为R_1和R_2(R_1< R_2),分别带有电荷量为+q_1和+q_2的正电荷,现用导线将两球壳相连,则r>R_2处的场强

  • A. 不变。
  • B. 减小。
  • C. 条件不足,无法确定。
  • D. 增加。

题目解答

答案

A

解析

考查要点:本题主要考查静电平衡条件下导体球壳的电荷分布及外部电场的性质,需结合高斯定理进行分析。

解题核心思路:

  1. 导体静电平衡特性:导体内部电场为零,电荷分布在表面。
  2. 高斯定理应用:对于同心导体球壳,外部电场仅由总电荷量决定,与电荷分布无关。
  3. 连接导线的作用:使两球壳电势相等,但总电荷量保持不变。

破题关键点:

  • 总电荷守恒:连接后总电荷仍为 $q_1 + q_2$。
  • 外部场强决定因素:r > R₂处的场强由总电荷量决定,与电荷如何分配在两球壳上无关。

步骤1:分析初始状态

  • 内球壳(半径 $R_1$)带电 $+q_1$,外球壳(半径 $R_2$)带电 $+q_2$。
  • 两球壳均为导体,电荷分布在各自外表面。
  • 根据高斯定理,r > R₂处的场强为:
    $E = \frac{k(q_1 + q_2)}{r^2}.$

步骤2:连接导线后的电势平衡

  • 导线连接后,两球壳电势相等。
  • 内球壳电势:$V_1 = \frac{kQ_1}{R_1}$($Q_1$为连接后内球壳电荷)。
  • 外球壳电势:$V_2 = \frac{kQ_1}{R_2} + \frac{kQ_2}{R_2}$($Q_2$为连接后外球壳电荷)。
  • 由 $V_1 = V_2$,得:
    $\frac{Q_1}{R_1} = \frac{Q_1 + Q_2}{R_2}.$
  • 结合电荷守恒 $Q_1 + Q_2 = q_1 + q_2$,可解得电荷重新分配,但总电荷量不变。

步骤3:外部场强的判断

  • 无论电荷如何分配,r > R₂处的高斯面内总电荷仍为 $q_1 + q_2$。
  • 根据高斯定理,场强仅由总电荷决定,故场强不变。

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