题目
如图所示将一个电量为q的点电荷放在一个半径为R的不带电的导体球附近,点电荷距导体球球心为d,参见附图.设无穷远处为零电势,则在导体球球心O点有( )。(A) E=0 =dfrac (q)(4pi {varepsilon )_(0)d}-|||-(B) =dfrac (q)(4pi {varepsilon )_(0)(d)^2} =dfrac (q)(4pi {varepsilon )_(0)d}-|||-(C) E=0 =0-|||-(D) =dfrac (q)(4pi {varepsilon )_(0)(d)^2} =dfrac (q)(4pi {varepsilon )_(0)R}-|||-R-|||-d q
如图所示将一个电量为q的点电荷放在一个半径为R的不带电的导体球附近,点电荷距导体球球心为d,参见附图.设无穷远处为零电势,则在导体球球心O点有( )。

题目解答
答案
A. E=0 $V=\dfrac {q}{4\pi {\varepsilon }_{0}d}$
解析
考查要点:本题主要考查静电平衡条件下导体内部的场强和电势性质,以及点电荷电势的叠加计算。
解题核心思路:
- 场强分析:导体处于静电平衡时,内部场强为零,因此球心O点的场强$E=0$。
- 电势分析:电势是标量,需叠加计算。点电荷$q$在O点产生的电势为$\dfrac{q}{4\pi \varepsilon_0 d}$,而导体球感应电荷的总电荷为零,其在O点的电势贡献为零,故总电势仅由点电荷决定。
破题关键点:
- 导体内部场强为零:无论外部电场如何,静电平衡时导体内部场强恒为零。
- 感应电荷总电荷为零:导体球不带电,感应电荷的代数和为零,导致其在O点的电势贡献抵消。
场强分析
导体球处于静电平衡状态,内部场强处处为零,因此球心O点的场强为:
$E = 0$
电势分析
- 点电荷的电势:点电荷$q$在O点产生的电势为:
$V_q = \dfrac{q}{4\pi \varepsilon_0 d}$ - 感应电荷的电势:导体球感应电荷的总电荷为零,且均匀分布在球表面。根据电势叠加原理,感应电荷在O点的电势为:
$V_{\text{感应}} = \dfrac{Q_{\text{感应}}}{4\pi \varepsilon_0 R} = \dfrac{0}{4\pi \varepsilon_0 R} = 0$ - 总电势叠加:总电势为两部分之和:
$V = V_q + V_{\text{感应}} = \dfrac{q}{4\pi \varepsilon_0 d}$