题目
如图所示,半径为 R 的均匀带电球面,总电荷为 Q , 设无穷远处的电势为零,则球内距离球心为 r 的 P 点处的电势为_______ .
如图所示,半径为 $$R$$ 的均匀带电球面,总电荷为 $$Q$$ , 设无穷远处的电势为零,则球内距离球心为 $$r$$ 的 P 点处的电势为_______ .

题目解答
答案
$$U={Q\over 4\pi \varepsilon_0 R}$$
解析
考查要点:本题主要考查均匀带电球面的电势分布规律,特别是球内点的电势计算。
解题核心思路:
- 电势的标量性:电势是标量,计算时只需叠加所有电荷的贡献,无需考虑方向。
- 球内电场为零:均匀带电球面内部的电场强度处处为零,但电势并不为零。
- 电势的连续性:球面处的电势在内外两侧是连续的,且球内各点的电势等于球面上的电势。
破题关键点:
- 明确球内电场为零,但电势仍存在且均匀分布。
- 球内任意点的电势等于球心到球面处的电势值,即 $U = \frac{Q}{4\pi \varepsilon_0 R}$。
均匀带电球面的电势分布:
- 球外电势:对于球外任一点(距离球心 $r \geq R$),电势与同电量的点电荷相同,即
$U = \frac{Q}{4\pi \varepsilon_0 r}.$ - 球面处电势:当 $r = R$ 时,电势为
$U = \frac{Q}{4\pi \varepsilon_0 R}.$ - 球内电势:由于球内电场强度为零,移动电荷时电场力做功为零,因此球内各点的电势相等,且等于球面处的电势值,即
$U = \frac{Q}{4\pi \varepsilon_0 R}.$
结论:
无论球内点 $P$ 的位置如何(只要 $r < R$),其电势均等于球面处的电势,与 $r$ 无关。