真空中一半径为R的球面均匀带电Q,在球心O处有一电荷为q的点电荷,如图所示。设无穷远处为电势零点,则在球内离球心O距离为r的P点处的电势为( )__A.dfrac(q)(4{pi varepsilon )_(0)r}B.dfrac(1)(4{pi varepsilon )_(0)}(dfrac(q)(r)+dfrac(Q)(R))C.dfrac(q+Q)(4{pi varepsilon )_(0)r}D.dfrac(1)(4{pi varepsilon )_(0)}(dfrac(q)(r)+dfrac(Q-q)(R))
真空中一半径为R的球面均匀带电Q,在球心O处有一电荷为q的点电荷,如图所示。设无穷远处为电势零点,则在球内离球心O距离为r的P点处的电势为( )

A.$\dfrac{q}{4{\pi \varepsilon }_{0}r}$
B.$\dfrac{1}{4{\pi \varepsilon }_{0}}\left(\dfrac{q}{r}+\dfrac{Q}{R}\right)$
C.$\dfrac{q+Q}{4{\pi \varepsilon }_{0}r}$
D.$\dfrac{1}{4{\pi \varepsilon }_{0}}\left(\dfrac{q}{r}+\dfrac{Q-q}{R}\right)$
题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查静电场中电势的叠加原理,以及均匀带电球面的电势分布特点。
解题核心思路:
- 均匀带电球面的电势特性:球面内部各点的电势相等,且等于球表面的电势。
- 点电荷电势公式:球心处的点电荷在球内任意点产生的电势由点电荷公式直接计算。
- 电势叠加原理:总电势为各电荷(或带电体)在该点产生电势的代数和。
破题关键点:
- 明确均匀带电球面在内部产生的电势为恒定值 $\frac{Q}{4\pi\varepsilon_0 R}$。
- 球心处点电荷 $q$ 在距离 $r$ 处的电势为 $\frac{q}{4\pi\varepsilon_0 r}$。
- 将两者叠加得到总电势。
步骤1:分析均匀带电球面的电势贡献
均匀带电球面在球内任意点(包括P点)产生的电势为恒定值,等于球表面的电势:
$\varphi_Q = \frac{Q}{4\pi\varepsilon_0 R}$
步骤2:分析点电荷的电势贡献
球心处的点电荷 $q$ 在距离 $r$ 处的电势为:
$\varphi_q = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 r}$
步骤3:叠加总电势
根据电势叠加原理,总电势为两部分之和:
$\varphi_P = \varphi_q + \varphi_Q = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0 r} + \frac{Q}{4\pi\varepsilon_0 R}$
步骤4:匹配选项
将表达式提取公共因子 $\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}$,得到:
$\varphi_P = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \left( \frac{q}{r} + \frac{Q}{R} \right)$
对应选项 B。