Question

4．如圖所示，一個原來不帶電的半徑為r的金屬球放在絕緣支架上，右側放置一個電荷量為+Q的點電荷，點電荷到金屬球表面的最近距離為2r．
（1）標出金屬球在靜電平衡后左右兩側帶電的符號．
（2）由于靜電感應而在金屬球上出現(xiàn)了電荷，它們也在空間激發(fā)電場．這些感應電荷在球心激發(fā)的電場強度大小等于$\frac{kQ}{9{r}^{2}}$，方向水平向右．
（3）如果用導線的一端接觸球的左側，另一端接觸球的右側，導線是否能將球兩側的電荷中和？不能為什么？因為處于靜電平衡狀態(tài)時，空心金屬球是等勢體，兩端沒有電勢差，所以導線中不能產(chǎn)生電流．

Answer 1

分析 由于靜電平衡，金屬球的球心0點的合場強為零，即電荷Q和球面上感應電荷在球心O處產(chǎn)生的場強大小相等，方向相反．

解答 解：（1）金屬球上的自由電荷被吸引到右端，右端帶負電，左端帶正電．如圖

（2）由于靜電平衡，0點的合場強為零，點電荷Q在球心處產(chǎn)生的場強E=$\frac{kQ}{（3r）^{2}}$，方向水平向左，則球面上感應電荷在球心O處的場強大小為：
E′=E=$\frac{kQ}{{（3r）}^{2}}$=$\frac{kQ}{9{r}^{2}}$，方向水平向右．
（3）如果用導線的一端接觸球的左側，另一端接觸球的右側，導線不能將球兩側的電荷中和，因為處于靜電平衡狀態(tài)時，空心金屬球是等勢體，兩端沒有電勢差，所以導線中不能產(chǎn)生電流．
故答案為：（1）標出金屬球在靜電平衡后左右兩側帶電的符號如圖．（2）$\frac{kQ}{9{r}^{2}}$，水平向右；（3）不能，因為處于靜電平衡狀態(tài)時，空心金屬球是等勢體，兩端沒有電勢差，所以導線中不能產(chǎn)生電流．

點評 解決本題的關鍵知道金屬球內(nèi)部場強處處為零，以及掌握點電荷的場強公式E=k$\frac{Q}{{r}^{2}}$．同時注意點電荷到球心距離，不是球表面距離．