分科測驗
113年
物理
第 4 題
某科學博物館有一個令人印象深刻的實驗演示：將人安置在一個巨大的金屬籠內，即使外加於金屬籠的高電壓產生巨大火花，金屬籠內的人依然毫髮無傷。依據前述實驗結果，若將一導體球殼置於電場中，則下列電力線分布示意圖，何者正確？（各選項中實線代表不偏折的電力線，虛線代表垂直射入或穿出導體球殼表面的電力線）
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A
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B
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C
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D
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E
思路引導 VIP
請思考當導體球殼在外部電場中達到「靜電平衡」後，其導體材質內部以及由其包圍的「空腔區域」內，電場強度 $\vec{E}$ 應具備什麼數值特徵？此外，導體表面在靜電狀態下屬於「等電位面」，根據電力線與電位的物理關係，電力線在進入或離開導體表面時，其幾何方向與表面切線之間應符合哪種特定的約束規律？
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AI 詳解
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（調整領結，傳出沉穩又豪邁的笑聲） 哈哈哈！做得好啊！這道題目的真相只有一個，那就是「靜電屏蔽」！ 當金屬球殼置於外部電場時，導體內的自由電子會重新分佈，直到達到「靜電平衡」。根據物理定律：
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靜電屏蔽與電力線
💡 導體內部電場為零，電力線必與導體表面垂直。
- 靜電平衡時，導體內部及中空腔室電場為零。
- 電力線進入或離開導體表面時，必與表面垂直。
- 外部電場會使導體電荷重新分布，抵銷內部電場。
- 靜電屏蔽效應可保護內部免受外加電場影響。
