题目
两个同心球面,半径分别为10cm和30cm,小球面均匀带有正电荷10-8C,大球面带有正电荷1.5×10-8C,求离球心分别为20cm,50cm处的电势.
两个同心球面,半径分别为10cm和30cm,小球面均匀带有正电荷10-8C,大球面带有正电荷1.5×10-8C,求离球心分别为20cm,50cm处的电势.
题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查同心导体球壳的电势叠加,需理解不同区域电势的计算方法。
解题核心思路:
- 电势叠加原理:总电势为各电荷单独产生的电势之和。
- 导体球壳的电势特性:
- 球壳外任一点的电势由总电荷决定,公式为 $V = \dfrac{kQ}{r}$;
- 球壳内部(包括壳内任意点)的电势与壳表面相同,公式为 $V = \dfrac{kQ}{R}$($R$ 为球壳半径)。
破题关键:
- 判断所求点相对于两球壳的位置:
- $r=20\ \text{cm}$ 在小球壳外、大球壳内;
- $r=50\ \text{cm}$ 在大球壳外。
$r=20\ \text{cm}$ 处的电势
-
小球壳的电势贡献
该点在小球壳外,电势为:
$V_1 = \dfrac{kq_1}{r} = \dfrac{9 \times 10^9 \times 10^{-8}}{0.2} = 450\ \text{V}$ -
大球壳的电势贡献
该点在大球壳内,电势等于大球壳表面电势:
$V_2 = \dfrac{kq_2}{R_2} = \dfrac{9 \times 10^9 \times 1.5 \times 10^{-8}}{0.3} = 450\ \text{V}$ -
总电势
$V = V_1 + V_2 = 450 + 450 = 900\ \text{V}$
$r=50\ \text{cm}$ 处的电势
-
总电荷计算
两球壳总电荷为 $q_1 + q_2 = 2.5 \times 10^{-8}\ \text{C}$。 -
电势计算
该点在大球壳外,总电势为:
$V = \dfrac{k(q_1 + q_2)}{r} = \dfrac{9 \times 10^9 \times 2.5 \times 10^{-8}}{0.5} = 450\ \text{V}$