Question

1．静电屏蔽服上有很多金属丝形成了一个封闭的金属空腔，这个空腔就是法拉第笼，空腔内部的静电和电场与外部的屏蔽隔绝，不会相互影响，就起到了防止静电的作用．我们可以将这个封闭的金属空腔简化成我们熟知的枕形导体去研究．如图所示，为一不带电的空心枕形导体．现将一带正电小球放在空心枕形导体的左边．
（1）试分析枕形导体左右两端的电性如何．
（2）先将该模型进行简化．若A端和B端均视为点电荷，AB两端连线距离为2L；正电小球在C点所产生的场强为E；空间中C点的合场强为0．试求枕形导体AB两端的电荷量．
（3）类比该枕形导体，试解释静电屏蔽服的原理．

Answer 1

分析 静电平衡导体的特点是整个导体是等势体，内部场强处处为零，据此分析即可．

解答 解：（1）带电小球靠近枕形导体的左端，由于静电感应，A端带负电，B端失去电子带等量的正电；
（2）根据静电平衡状态的特点可知，枕形金属导体AB处于静电平衡状态，内部的电场强度为零；C点的场强是由点电荷的电场与A、B两点的感应电荷产生的电场叠加而成，由于c点到A、B两点的距离相等，根据静电平衡状态的特点与库仑定律可知，A点与B点在C点产生的场强大小相等，都等于$\frac{E}{2}$，方向都与点电荷的电场方向相反；所以：
$\frac{E}{2}=\frac{kq}{{L}^{2}}$
得：$q=\frac{E{L}^{2}}{2k}$
（3）类比该枕形导体可知，对于静电平衡状态的导体，内部的电场都是由引起静电感应的电场与感应电荷产生的附加电场叠加而成，两个电场强度的矢量和为0，导体的内部没有净电荷，而且内部的场强处处为0，就像外部没有电场一样，所以金属罩对外部的电场能起到静电屏蔽的作用．
答：（1）枕形导体左端带负电，右端带正电．
（2）枕形导体AB两端的电荷量大小都是$\frac{E{L}^{2}}{2k}$．
（3）类比该枕形导体，导体的内部没有净电荷，而且内部的场强处处为0，就像外部没有电场一样，所以金属罩对外部的电场能起到静电屏蔽的作用．

点评 本题考查了处于静电平衡的导体的特性，解决本题的关键是理解并掌握静电平衡导体的特点：整个导体是等势体，内部场强处处为零．