Question

1．靜電屏蔽服上有很多金屬絲形成了一個封閉的金屬空腔，這個空腔就是法拉第籠，空腔內(nèi)部的靜電和電場與外部的屏蔽隔絕，不會相互影響，就起到了防止靜電的作用．我們可以將這個封閉的金屬空腔簡化成我們熟知的枕形導體去研究．如圖所示，為一不帶電的空心枕形導體．現(xiàn)將一帶正電小球放在空心枕形導體的左邊．
（1）試分析枕形導體左右兩端的電性如何．
（2）先將該模型進行簡化．若A端和B端均視為點電荷，AB兩端連線距離為2L；正電小球在C點所產(chǎn)生的場強為E；空間中C點的合場強為0．試求枕形導體AB兩端的電荷量．
（3）類比該枕形導體，試解釋靜電屏蔽服的原理．

Answer 1

分析 靜電平衡導體的特點是整個導體是等勢體，內(nèi)部場強處處為零，據(jù)此分析即可．

解答 解：（1）帶電小球靠近枕形導體的左端，由于靜電感應，A端帶負電，B端失去電子帶等量的正電；
（2）根據(jù)靜電平衡狀態(tài)的特點可知，枕形金屬導體AB處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部的電場強度為零；C點的場強是由點電荷的電場與A、B兩點的感應電荷產(chǎn)生的電場疊加而成，由于c點到A、B兩點的距離相等，根據(jù)靜電平衡狀態(tài)的特點與庫侖定律可知，A點與B點在C點產(chǎn)生的場強大小相等，都等于$\frac{E}{2}$，方向都與點電荷的電場方向相反；所以：
$\frac{E}{2}=\frac{kq}{{L}^{2}}$
得：$q=\frac{E{L}^{2}}{2k}$
（3）類比該枕形導體可知，對于靜電平衡狀態(tài)的導體，內(nèi)部的電場都是由引起靜電感應的電場與感應電荷產(chǎn)生的附加電場疊加而成，兩個電場強度的矢量和為0，導體的內(nèi)部沒有凈電荷，而且內(nèi)部的場強處處為0，就像外部沒有電場一樣，所以金屬罩對外部的電場能起到靜電屏蔽的作用．
答：（1）枕形導體左端帶負電，右端帶正電．
（2）枕形導體AB兩端的電荷量大小都是$\frac{E{L}^{2}}{2k}$．
（3）類比該枕形導體，導體的內(nèi)部沒有凈電荷，而且內(nèi)部的場強處處為0，就像外部沒有電場一樣，所以金屬罩對外部的電場能起到靜電屏蔽的作用．

點評 本題考查了處于靜電平衡的導體的特性，解決本題的關(guān)鍵是理解并掌握靜電平衡導體的特點：整個導體是等勢體，內(nèi)部場強處處為零．