题目
半径为R的导体球原不带电,今在距球心为a处放一点电荷q ( a>R)。设无限远处的电势为零,则导体球的电势为 ( )A. dfrac (q)(4pi {varepsilon )_(0)a} B. dfrac (qR)(4pi {varepsilon )_(0)(a)^2} C. dfrac (q)(4pi {varepsilon )_(0)(a-R)} D. dfrac (qa)(4pi {varepsilon )_(0)((a-R))^2}
半径为R的导体球原不带电,今在距球心为a处放一点电荷q ( a>R)。设无限远处的电势为零,则导体球的电势为 ( )

题目解答
答案
解:导体球处于静电平衡,球心处的电势即为导体球电势,感应电荷
分布在导体球表面上,且
,它们在球心处的电势
分布在导体球表面上,且
,它们在球心处的电势
点电荷q在球心处的电势为 

据电势叠加原理,球心处的电势
。
。所以选(A)
解析
考查要点:本题主要考查静电平衡条件下导体球的电势计算,涉及静电感应、电势叠加原理等知识点。
解题核心思路:
- 导体静电平衡性质:导体内部电场为零,导体为等势体,电势由内部电场决定。
- 感应电荷分布:点电荷$q$在导体球外,导体球表面感应出等量异号电荷,总电荷量为零。
- 电势叠加原理:导体球的电势等于点电荷$q$在球心处产生的电势与感应电荷在球心处产生的电势之和。
- 关键结论:感应电荷总电荷量为零,因此其在球心处的电势为零,最终电势仅由点电荷$q$决定。
步骤1:分析导体球的电势
导体球处于静电平衡,内部电场为零,电势均匀分布。球心处的电势即为导体球的电势,由两部分组成:
- 点电荷$q$在球心处的电势:
$V_q = \frac{q}{4\pi \varepsilon_0 a}$ - 感应电荷在球心处的电势:
感应电荷分布在导体球表面,总电荷量为零(导体球原不带电),因此其在球心处的电势为:
$V_{\text{感应}} = \frac{1}{4\pi \varepsilon_0 R} \int dq' = \frac{Q_{\text{感应}}}{4\pi \varepsilon_0 R} = 0$
步骤2:叠加总电势
根据电势叠加原理,总电势为两部分之和:
$V_{\text{总}} = V_q + V_{\text{感应}} = \frac{q}{4\pi \varepsilon_0 a} + 0 = \frac{q}{4\pi \varepsilon_0 a}$