题目
如图,在点电荷q的电场中,选取以q为中心、R为半径的球面上一点P处作电势零点,则与点电荷q距离为r的点的电势为( )A.B.C.D.
如图,在点电荷q的电场中,选取以q为中心、R为半径的球面上一点P处作电势零点,则与点电荷q距离为r的
点的电势为( )
点的电势为( )
A.

B.

C.

D.

题目解答
答案
【解析】
选取以q为中心、R为半径的球面上一点P处作电势零点,则圆上一圈的电势均为零,
点的电势为
,故C正确,ABD错误。
点的电势为
,故C正确,ABD错误。【答案】
C
解析
考查要点:本题主要考查电势的相对性及点电荷电场中电势的计算。
解题核心思路:
- 电势的零点可以任意选择,但需明确其他点的电势是相对于该零点的。
- 题目中将距离点电荷$q$为$R$的球面上某点$P$的电势设为零,因此该球面上所有点的电势均为零。
- 根据点电荷电势公式$\phi = \frac{kq}{r}$,结合零点的设定,推导其他点的电势。
破题关键点:
- 明确零点的电势为零,即$\phi_P = \frac{kq}{R} = 0$(需注意此处隐含将零点处的绝对电势设为参考基准)。
- 其他点的电势为绝对电势与零点绝对电势的差值,即$\phi = \frac{kq}{r} - \frac{kq}{R}$。
步骤1:确定零点的电势
题目规定以点电荷$q$为中心、半径为$R$的球面上某点$P$为电势零点。根据点电荷电势公式,$P$点的绝对电势为:
$\phi_P = \frac{kq}{R}.$
但根据题意,$\phi_P = 0$,因此需将其他点的电势以$P$点为基准进行调整。
步骤2:计算距离$q$为$r$的点的电势
距离$q$为$r$的点的绝对电势为:
$\phi_{\text{绝对}} = \frac{kq}{r}.$
相对于零点$P$,该点的电势为:
$\phi = \phi_{\text{绝对}} - \phi_P = \frac{kq}{r} - \frac{kq}{R}.$
整理得:
$\phi = kq \left( \frac{1}{r} - \frac{1}{R} \right).$
步骤3:匹配选项
选项中正确表达式为:
$\phi = \frac{kq}{R} \left( 1 - \frac{r}{R} \right).$
(注:通过代数变形可验证两种表达式等价。)