
真空中有一个半径为R的均匀带电球面,带电量为Q,在球心O处还有一个电荷量为q的点电荷。设无穷远处为电势零点,则在球内P点处(P点与球心O的距离为r)的电势为( ) A. B. C. D.
好的,我们一步一步推理。
1. 已知条件
均匀带电球面,半径 R,带电量 Q
球心 O 处还有一个点电荷 q
无穷远电势为零
求球内 P 点(OP=r,且 r<R)的电势。
2. 原理
电势可叠加:球面上 Q 在球内产生的电势 + 点电荷 q 在 P 点产生的电势。
3. 均匀带电球面在球内产生的电势
由高斯定理可知,均匀带电球面内部场强 E=0(对 r<R)。
但电势为常数:
由于内部场强为 0,电势处处相等,且等于球面处的电势(因为从球面到内部无场强,电势不变)。
球面处的电势:
对于球面外部,取无穷远为 0,球面处的电势为
Vsurface=RkQ
(这里 k=4πϵ01)
所以球内任意一点 r<R:
VQ(r)=RkQ
4. 点电荷 q 在 P 点产生的电势
球内 P 距球心 r,所以 q 在 P 产生的电势为
Vq(r)=rkq
5. 总电势
V(r)=RkQ+rkq=4πϵ01(RQ+rq)
6. 与选项对应
常见选择题形式会将 k 写作 4πϵ01,所以
V=4πϵ01(RQ+rq)
也就是
4πϵ0RQ+4πϵ0rq
对应选项应为这个表达式。 通常选项 A、B、C、D 会有一个是这个形式。
最终答案:
4πϵ0RQ+4πϵ0rq