题目
带电量不相等的两个球形导体相隔很远,现用一根导线将它们连接起来。若大球半径为R,小球半径为r。当静电平衡后,二球表面电荷比(Q_(R))/(Q_(r))为()A. (R)/(r)B. (r)/(R)C. (R^2)/(r^2)D. (r^2)/(R^2)
带电量不相等的两个球形导体相隔很远,现用一根导线将它们连接起来。若大球半径为$R$,小球半径为$r$。当静电平衡后,二球表面电荷比$\frac{Q_{R}}{Q_{r}}$为()
A. $\frac{R}{r}$
B. $\frac{r}{R}$
C. $\frac{R^{2}}{r^{2}}$
D. $\frac{r^{2}}{R^{2}}$
题目解答
答案
A. $\frac{R}{r}$
解析
本题考查静电平衡和导体的性质相关知识点。解题的关键思路是利用导体在静电平衡时是等势体这一性质,结合点电荷电势公式来找出两球表面电荷的关系。
- 当两个球形导体用导线连接后,它们会达到静电平衡状态。在静电平衡状态下,整个导体是一个等势体,这意味着大球和小球的电势相等,即$U_{R}=U_{r}$。
- 对于孤立的球形导体,可将其视为点电荷,根据点电荷的电势公式$U = \frac{kQ}{R}$(其中$U$为电势,$k$为静电力常量,$Q$为电荷量,$R$为球的半径),大球的电势$U_{R}=\frac{kQ_{R}}{R}$,小球的电势$U_{r}=\frac{kQ_{r}}{r}$。
- 因为$U_{R}=U_{r}$,所以$\frac{kQ_{R}}{R}=\frac{kQ_{r}}{r}$。
- 等式两边同时约去$k$,得到$\frac{Q_{R}}{R}=\frac{Q_{r}}{r}$。
- 通过交叉相乘,可得出两球表面电荷比$\frac{Q_{R}}{Q_{r}}=\frac{R}{r}$。