题目
在一个不带电的金属球壳的球心处,放一点电荷 q,若将此点电荷偏离球心,该金属球壳的电势A. 升高;B. 不变;C. 降低;D. 不能确定 。
在一个不带电的金属球壳的球心处,放一点电荷 q,若将此点电荷偏离球心,该金属球壳的电势
A. 升高;
B. 不变;
C. 降低;
D. 不能确定 。
题目解答
答案
B. 不变;
解析
考查要点:本题主要考查静电平衡条件下导体的电势特性,特别是金属壳内电荷移动对壳电势的影响。
解题核心思路:
- 金属壳的电势由其表面电荷及内部电荷共同决定。
- 静电平衡时,导体是等势体,表面各点电势相等。
- 内部电荷位置的变化不会改变金属壳表面的总电荷量,因此总电势保持不变。
破题关键点:
- 内表面电荷总和始终为$-q$,外表面电荷总和为$+q$,与内部电荷位置无关。
- 电势是标量,叠加时总电势仅与电荷总量和分布方式有关,而金属壳外电场等效于一个位于球心的点电荷产生的场。
步骤1:分析金属壳的电荷分布
- 当点电荷$q$位于球心时,金属壳内表面感应电荷为$-q$,外表面感应电荷为$+q$。
- 当$q$偏离球心时,内表面电荷重新分布(更靠近$q$),但总电荷仍为$-q$,外表面电荷仍为$+q$。
步骤2:计算金属壳的总电势
金属壳的电势由三部分叠加:
- 点电荷$q$在壳表面产生的电势:
- 无论$q$是否偏离球心,壳表面各点到$q$的平均距离仍为壳半径$R$,因此总电势为$\frac{kq}{R}$。
- 内表面电荷产生的电势:
- 总电荷为$-q$,均匀分布时电势为$\frac{-kq}{R}$,实际分布虽不均匀,但总电势与均匀分布时相同。
- 外表面电荷产生的电势:
- 总电荷为$+q$,均匀分布,电势为$\frac{kq}{R}$。
总电势:
$\frac{kq}{R} + \frac{-kq}{R} + \frac{kq}{R} = \frac{kq}{R}.$
步骤3:结论
无论$q$是否偏离球心,总电荷量和分布方式的对称性保证总电势不变,因此金属壳的电势不变。