例题 04-11-01-02 如图,一半径的导体球A,带有电荷C。球外有一个内外半径分别为的同心导体球壳B,球壳带有电荷 C。
求:(1)球壳B的外表面上带电多少;(2) 球和球壳的电势以及电势差;(3)用导线将球与壳连接后的电势 和

(1) 先设想球壳B不带电。由于球A带电,球壳B被静电感应。由题设,球A带正电C,从而在球壳B的内、外表面分别感应出电荷+C和-C。当再给球壳B带电C时,它将分布在其外表面上(为什么?),这样,球壳B外表面共带电C。并且球A以及球壳B的内、外表面上的电荷是均匀分布的。

  (2) 球A是一等势体,其上各点的电势相同,为此我们只需求出球上任一点的电势即可。现根据电势定义来求球A表面上一点的电势,即。由于均匀带电的球和球壳共同激发的电场是球对称的,为便于计算,可沿径向积分;又考虑到场强

各区域内的分布不同,可按高斯定理求出如下

这就需要分段进行积分。于是,得球A的电势为

           
     
     

同理,可求得球壳B的电势为

将上两式相减,即得球与球壳之间的电势差为:

由题给数据,读者可自行算出:

  (3) 当球A与球壳B用导线相连接后,电荷将全部分布在球壳外表面上。且球和球壳成为一个等势体,故

显然,