题目内容
(请给出正确答案)
[主观题]
有一半径为R的不带电导体球,可自由地浮在不导电的液体上,球的质量为m,液体的电容率为ε,开始时导体球只有四
分之一的体积浸在液体内,如果要想使导体球有一半体积浸在液体内,问必须使导体球带多大的电量Q?
答案
设垂直于液面指向液体内的轴为z轴正方向,带电后球心恰好在液面上,以此时球心为原点,没球带电量为Q,利用唯一性定理,可解得导体球外电场为球对称场。
导体表面单位面积上受的静电力
式中E为表面处的电场,T为电磁场张量导体球壳受的力为
将代入积分,得
由题意知 ,
因此 F=mg
即
导体受的静电力就是电场对导体表面电荷的作用力。根据题意带电后导体球受的静电力等于球带电前后所受的浮力之差,所以首先计算导体球带电后产生的电场,再利用导体表面单位面积受力的公式计算导体球面受的静电力,就可计算出带电量。