《静电的防止与利用》教学设计

《静电的防止与利用》教学设计模块一静电平衡相关规律与应用一、核心概念与基础规律回顾静电平衡状态：导体内部的自由电荷（金属导体中主要是自由电子）不再发生定向移动的稳定状态。静电平衡的核心性质：处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为零，整个导体为等势体，导体表面为等势面。电荷分布规律：(1)静电平衡时，导体内部无净剩余电荷，所有净电荷仅分布在导体外表面；(2)导体外表面的电荷分布与表面曲率相关：曲率越大（越尖锐）的位置，电荷面密度（单位面积的电荷量）越大；凹陷位置的电荷面密度趋近于零。二、关键情景分析（空腔导体的静电特性）不带电空腔导体(1)外电场作用（电场源在空腔外部，如图1甲所示）：金属壳右端感应出负电荷，左端感应出正电荷（电场线分布如图1乙），整个金属壳（包括薄壁和内部空腔）内部的合场强均为0；(2)内电场作用（电场源在空腔内部，如图1丙所示）：正电荷位于金属壳内部时，金属壳内壁感应出等量负电荷，外壁感应出等量正电荷，金属壳薄壁内部场强为0，但空腔内存在由场源电荷产生的电场（场强不为0）。带电空腔导体(1)外电场作用（电场源在空腔外部，如图1丁所示）：①若外部点电荷为正（如图1戊）：理论上金属壳靠近点电荷的一侧应感应出负电荷；实际中，若点电荷电荷量q远小于金属壳带电量Q，感应负电荷可忽略（右侧几乎不带负电）；反之，右侧会明显感应出负电荷；②若外部点电荷为负（如图1己）：理论上金属壳靠近点电荷的一侧应感应出正电荷；实际中，若|q|≪Q，感应正电荷可忽略（左侧几乎不带正电荷）；反之，左侧会明显感应出正电荷；③共性结论：无论点电荷性质及电荷量大小，整个金属壳（薄壁+内部空腔）内部的合场强始终为0。(2)内电场作用（电场源在空腔内部，如图1庚所示）：①若内部点电荷为正（如图1辛）：金属壳内壁感应出负电荷，外壁正电荷总量增加；②若内部点电荷为负（如图1壬）：金属壳内壁感应出正电荷，外壁正电荷总量减少；③共性结论：金属薄壁内部场强始终为0，空腔内存在由场源电荷与内壁感应电荷共同产生的电场（场强不为0）。三、典型例题解析如图所示，空腔金属导体在匀强电场中处于静电平衡状态，A、B为空腔内两点。关于感应电荷在A、B两点产生的场强，下列说法正确的是（）A．大小相等、方向不同B．大小不等、方向相同C．大小相等、方向相同D．大小不等、方向不同【答案】C【解析】静电平衡状态下，导体内部合场强处处为零，该合场强是外电场与感应电荷产生的附加电场的矢量和。由于外电场为匀强电场，为使合场强为零，感应电荷在导体内部（包括空腔内A、B两点）产生的附加电场必须与外电场等大反向。因此，感应电荷在A、B两点的场强大小相等、方向相同，选项A、B、D错误，C正确。电介质放入电场后会发生极化现象，内部电荷重新分布并产生与外电场方向相反的退极化电场，从而削弱外电场的作用。真空中的外加电场强度与介质中最终的合电场强度的比值，称为该介质的相对介电常数（简称介电常数）ε。将介电常数为ε的电介质置于真空中场强大小为E₀的匀强电场中，最终介质中的合电场强度方向与E₀一致。则介质内部产生的退极化电场的场强大小为（）A．E0εB．εε−1E0C．ε−1εE【答案】C【解析】设介质内部退极化电场的场强大小为E'，根据题意，介质中合场强E满足E=E0ε。由于退极化电场与外电场方向相反，合场强满足E₀E'=E，代入解得E'=E₀E0ε=ε−1εE0，选项A、B、D如图所示，架在绝缘支架上的枕形导体置于正点电荷形成的电场中，导体达到静电平衡时，下列说法正确的是（）A．A、B两点电场强度相等，且都不为零B．A、B两点的电场强度不相等C．感应电荷产生的附加电场的场强大小E_A＞E_BD．当开关S闭合时，电子沿导线向大地移动【答案】C【解析】A、B选项：静电平衡状态下，导体内部合场强处处为零，A、B两点均位于导体内部，故场强均为零且相等，A、B错误；C选项：导体内部合场强为零，即感应电荷产生的附加电场与正点电荷产生的外电场等大反向。正点电荷在A点产生的场强大于在B点产生的场强，因此感应电荷在A点的附加场强大小E_A大于在B点的E_B，C正确；D选项：开关S闭合时，导体与大地相连，大地中的电子会沿导线向导体移动（中和导体上的正感应电荷），D错误。（多选题）4.如图所示，锥形导体置于电荷量为Q的负点电荷电场中，导体内有A、B两点，A点到负点电荷的距离为d。下列说法正确的是（）A．锥形导体右端带负电B．A点电场强度比B点大C．图中实线1和2表示锥形导体周围的电场线是错误的D．导体表面的感应电荷在A点产生的场强大小为kQ【答案】CD【解析】A选项：根据静电感应“近异远同”规律，锥形导体右端靠近负点电荷，应感应出正电荷，A错误；B选项：导体处于静电平衡状态，内部合场强处处为零，A、B两点场强均为零，B错误；C选项：静电平衡时导体为等势体，电场线必须垂直于导体表面，且沿电场线方向电势降低，图中实线1和2不符合该规律，故表示电场线是错误的，C正确；D选项：A点合场强为零，说明感应电荷产生的场强与负点电荷产生的场强等大反向。负点电荷在A点的场强大小为kQd2，因此感应电荷在A点的场强大小也为kQd2，（多选题）5.如图所示，真空中将外表面绝缘的导体向带负电的小球P缓慢靠近（不相碰），下列说法正确的是（）A．B端的感应电荷越来越多B．导体内电场强度越来越大C．导体的感应电荷在M点产生的电场强度大于在N点产生的电场强度D．导体的感应电荷在M、N两点产生的电场强度相等【答案】AC【解析】A选项：导体与点电荷距离越近，静电感应现象越显著，A、B两端的感应电荷电荷量越多，A正确；B选项：导体始终处于静电平衡状态，内部合场强始终为零，B错误；C、D选项：内部合场强为零，即感应电荷的场强与小球P的场强等大反向。根据库仑定律，带负电的小球P在M点产生的场强大于在N点的场强，因此感应电荷在M点的场强也大于在N点的场强，C正确，D错误。（多选题）6.如图所示，真空中在半长轴为a的金属椭球壳左端距离a处放置一电荷量为+q的点电荷，O为椭球壳中心，P、N、M为椭球壳上的三点。金属椭球壳达到静电平衡后，下列说法正确的是（）A．椭球壳上左侧P点的电势比右侧M点高B．椭球壳上感应电荷在O点产生的场强大小为kqC．椭球壳上N处的电场线一定垂直于椭球壳表面D．椭球壳外靠近P处的场强大小等于靠近N处的场强大小【答案】BC【解析】A选项：静电平衡时导体为等势体，椭球壳表面各点电势相等，故P点与M点电势相等，A错误；B选项：O点合场强为零，+q在O点产生的场强大小为kq2a2=kq4a2，因此感应电荷在O点产生的场强大小与该值C选项：等势体表面的电场线必须垂直于表面（否则会存在沿表面的电场分量，导致电荷定向移动，与静电平衡矛盾），故N处电场线垂直于椭球壳表面，C正确；D选项：椭球壳外表面电荷分布与曲率相关，P点曲率大于N点，电荷面密度更大，根据电场线疏密与场强的关系，靠近P处的场强大于靠近N处的场强，D错误。模块二尖端放电与静电屏蔽原理及工程应用一、核心原理与概念辨析空气电离：导体尖端电荷面密度极大，形成强电场，使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动并撞击空气分子，导致空气分子电离为正负离子的现象。尖端放电：空气电离后，与导体尖端电荷符号相反的离子被吸引至尖端，与尖端电荷中和，等效于导体从尖端释放电荷的现象。尖端放电的工程应用与防护：(1)应用：避雷针（利用尖端放电中和云层电荷，避免雷击）、静电喷枪（利用尖端放电使涂料微粒带电）；(2)防护：高压设备的导体表面需加工为光滑曲面（减小电荷面密度，削弱尖端放电，减少电能损耗）。静电屏蔽：静电平衡时，空腔导体内表面无净电荷，空腔内部合场强处处为零，外部电场无法影响空腔内部的现象（若空腔导体接地，内部电场也无法影响外部）。静电屏蔽的典型应用：电学仪器的金属外壳、野外高压输电线上方的避雷线（与大地组成屏蔽网）、静电防护服等。二、典型例题解析如图所示为空气净化器内部结构简化图，负极针组件产生电晕释放大量电子，电子被氧分子捕捉生成空气负离子，负离子使烟尘、病菌等微粒带电后吸附到集尘栅板上。下列说法不正确的是（）A．负极针组件产生电晕利用了尖端放电原理B．集尘栅板应带正电以高效吸附尘埃C．负极针组件附近的电场强度小于集尘栅板附近D．带电烟尘向集尘栅板靠近时动能增大【答案】C【解析】A选项：负极针组件为尖端结构，利用尖端放电释放电子，A正确；B选项：负离子使尘埃带负电，集尘栅板带正电时，异种电荷相互吸引，可高效吸附尘埃，B正确；C选项：负极针为尖端，电荷面密度大，电场线密集，电场强度大于光滑的集尘栅板附近，C错误；D选项：电场力对带电烟尘做正功，根据动能定理，烟尘动能增大，D正确。中国古代建筑的塔刹构件兼具装饰与避雷功能，其避雷的物理原理是（）A．尖端放电B．电磁感应C．静电吸附D．静电除尘【答案】A【解析】塔刹构件的顶端为尖锐结构，雷雨天气时，尖端电荷面密度大，发生尖端放电，中和云层中的电荷，避免建筑物遭受雷击，其原理为尖端放电，选项B、C、D错误，A正确。雷雨天，高层建筑顶部的避雷针通过“接闪”主动吸引闪电，保护周边安全。积雨云底部积聚负电荷，某次避雷针附近的等差等势面分布如图所示，取大地为零势面，电子电荷量为e。下列说法正确的是（）A．A、B、C三点中A点场强最大B．避雷针针尖因静电感应带负电C．B、A两点间的电势差大于B、C两点间的电势差D．电子由B运动到C点时电势能增加【答案】A【解析】A选项：等势面的疏密反映场强大小，A点等势面最密集，场强最大，A正确；B选项：积雨云底部带负电，根据静电感应，避雷针针尖应感应出正电荷，B错误；C选项：A、C两点位于同一等势面，电势相等，故U_BA=U_BC，C错误；D选项：沿电场线方向电势降低，B点电势低于C点电势，电子带负电，从B到C过程中电场力做正功，电势能减小，D错误。如图a所示，带正电小球靠近不带电验电器时箔片张开；如图b所示，用金属网罩住验电器后，带正电小球靠近时箔片不动。下列说法错误的是（）A．图a中箔片张开是因为箔片感应出正电荷B．图a中验电器金属小球与箔片电势相等C．图b中箔片不张开是因为金属网的静电屏蔽作用D．图b中金属网外表面感应出负电荷，内表面感应出正电荷【答案】D【解析】A选项：图a中，验电器金属球感应出负电荷，箔片因失去电子感应出正电荷，相互排斥而张开，A正确；B选项：图a中验电器处于静电平衡状态，为等势体，金属小球与箔片电势相等，B正确；C选项：金属网形成静电屏蔽，外部电场无法影响内部验电器，故箔片不张开，C正确；D选项：带正电小球靠近金属网时，金属网靠近小球的一侧（外表面）感应出负电荷，另一侧（外表面）感应出正电荷，内表面无净电荷，D错误。内置金属网的高压静电防护服接地（电势为零），O为防护服内一点，将带电量为+Q的金属小球（视为点电荷）移至距离O点r处，静电力常量为k。下列说法正确的是（）A．感应电荷在O点产生的场强大小为0B．金属小球在O点产生的场强方向水平向左C．金属小球与O点连线的中点（不在人体上）电势大于0D．防护服内金属网左侧外表面带负电，右侧外表面带正电【答案】C【解析】A选项：防护服内部合场强为零，+Q在O点的场强与感应电荷的场强等大反向，感应电荷在O点的场强大小为kQr2，A错B选项：正点电荷的场强方向背离电荷，金属小球在O点的场强方向水平向右，B错误；C选项：防护服接地电势为0，电场线由金属小球指向防护服，中点位于电场线方向上，电势高于0，C正确；D选项：防护服接地，+Q靠近时，金属网靠近小球的一侧感应出负电荷，另一侧的正电荷通过接地线导入大地，故仅左侧外表面带负电，D错误。（多选题）6.用金属网罩住不带电验电器，再将带电金属球靠近金属网，下列说法正确的是（）A．箔片张开B．箔片不张开C．金属球电荷量足够大时箔片才张开D．金属网罩内部电场强度为零【答案】BD【解析】金属网罩发生静电感应后，内部合场强为零，形成静电屏蔽，外部电场无法影响内部验电器，因此箔片始终不张开，与金属球电荷量大小无关，选项A、C错误，B、D正确。（多选题）7.关于静电的防止与利用，下列说法正确的是（）A．避雷针利用了尖端放电原理B．静电复印利用了静电吸附原理C．电工穿含金属丝的织物工作服是为了安全D．高压设备表面应尽量光滑以防止尖端放电【答案】ABCD【解析】A选项：避雷针通过尖端放电中和云层电荷，A正确；B选项：静电复印利用静电吸附使墨粉附着在纸张上，B正确；C选项：含金属丝的工作服形成静电屏蔽，保护电工免受电场伤害，C正确；D选项：高压设备表面光滑可减小电荷面密度，避免尖端放电造成电能损耗，D正确。（多选题）8.中国古代建筑屋脊的龙头构件，龙口吐出伸向天空的金属“舌头”，“舌根”连接地下细铁丝，起到避雷作用。当雷云位于房屋正上方时，避雷针顶端聚集大量电子。下列说法正确的是（）A．雷云带正电B．避雷针的电势比雷云的电势高C．电子的运动方向始终与等势面垂直D．避雷针顶端不断释放电子中和雷云【答案】AD【解析】A选项：避雷针顶端聚集电子（负电荷），根据静电感应，雷云应带正电，A正确；B选项：沿电场线方向电势降低，电场线由雷云指向避雷针，故避雷针电势低于雷云，B错误；C选项：电子的运动方向由受力方向和初速度共同决定，不一定始终与等势面垂直，C错误；D选项：避雷针通过尖端放电释放电子，与雷云的正电荷中和，避免雷击，D正确。模块三静电吸附的技术原理与实际应用一、核心技术原理与应用场景静电吸附：电场中的带电粒子在静电力作用下向电极定向运动，并被电极吸附的现象。静电除尘：含尘气体进入强电场后，尘埃颗粒带电，在静电力作用下被吸附到电极上，实现气体净化。静电喷漆：涂料雾化器接负高压，喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下向带正电的工件运动并沉积，实现均匀喷漆。静电复印：有机光导体鼓（OPC）无光照时为绝缘体，受光照区域变为导体；通过充电、曝光形成静电潜像，再利用静电吸附使墨粉附着，最终转印到纸张上。二、典型例题解析下列说法正确的是（）A．避雷针的原理是静电屏蔽B．提高打印室干燥程度可防止静电产生C．静电除尘装置中，带正电尘埃被吸附在负极金属丝上D．煤矿中需防止静电积累，避免静电火花引发瓦斯爆炸【答案】D【解析】A选项：避雷针原理是尖端放电，而非静电屏蔽，A错误；B选项：干燥环境下电荷不易导走，会加剧静电积累，打印室应保持适当湿度以导走静电，B错误；C选项：静电除尘装置中，负极金属丝产生尖端放电使尘埃带负电，带负电尘埃被吸附在正极极板上，C错误；D选项：煤矿中瓦斯为易燃易爆气体，静电火花可能引发爆炸，需防止静电产生与积累，D正确。关于静电现象的应用与防护，下列说法正确的是（）A．静电除尘的原理是静电屏蔽B．避雷针利用了带电导体尖端电荷稀疏、电场较弱的特点C．静电喷漆时金属工件与油漆雾滴带同种电荷D．印刷车间保持适当潮湿可导走纸张摩擦产生的静电【答案】D【解析】A选项：静电除尘原理是静电吸附，A错误；B选项：避雷针利用尖端电荷密集、电场强度大的特点实现尖端放电，B错误；C选项：静电喷漆时，油漆雾滴带负电，金属工件带正电，异种电荷相互吸引使喷漆均匀，C错误；D选项：印刷车间保持潮湿可增强空气导电性，及时导走纸张摩擦产生的静电，避免静电积累，D正确。关于静电的应用与危害防止，下列说法正确的是（）A．静电复印属于静电的防止B．赛车轮胎用导电橡胶是为了防止静电导入大地C．印染车间保持空气潮湿是为了防止静电危害D．静电植绒利用同种电荷相互排斥使绒毛吸附在底料上【答案】C【解析】A选项：静电复印是静电的利用，A错误；B选项：赛车轮胎用导电橡胶是为了将静电导入大地，避免静电积累，B错误；C选项：印染车间中，静电会导致布料吸附灰尘或染色不均，保持空气潮湿可导走静电，防止危害，C正确；D选项：静电植绒利用异种电荷相互吸引使绒毛吸附在底料上，D错误。（多选题）4.下列关于静电现象应用的说法正确的是（）A．滚筒式静电分选器的导体滚筒顺时针转动，可分离带电性能不同的粒子B．静电除尘器使煤粉带负电吸附到管壁，N接地是为了保护工作人员C．静电喷涂机与工件距离增大时，运动中的涂料微粒所受电场力增大D．静电复印机硒鼓表面的静电潜像带负电，将带负电的墨粉排斥到白纸上【答案】AB【解析】A选项：滚筒式静电分选器中，导体滚筒顺时针转动，使带电性能不同的粒子靠近放电针带电后，在电场力作用下分离，A正确；B选项：静电除尘器中，煤粉带负电被吸附到正极管壁，N接地可防止高压触电，保护工作人员，B正确；C选项：喷涂机与工件间电压恒定，距离增大时场强减小，涂料微粒所受电场力减小，C错误；D选项：静电复印机中，硒鼓表面静电潜像带正电，吸附带负电的墨粉，再转印到带正电的白纸上，D错误。（多选题）5.静电喷涂利用高压静电电场使带负电的涂料微粒向工件定向运动并吸附。忽略微粒间相互作用和重力，下列说法正确的是（）A．喷涂机与工件距离增大时，涂料微粒所受电场力减小B．涂料微粒的运动轨迹仅由高压电源决定C．喷涂机水平向左移动时，相同电荷量的微粒先后经过工件右侧P点，先经过的微粒电势能较小D．涂料微粒向工件运动时，直线轨迹上电势升高最快【答案】ACD【解析】A选项：喷涂机与工件间电压恒定，距离增大时场强E=Ud减小，电场力F=qE减小，A正确B选项：微粒运动轨迹由初速度和电场力共同决定，并非仅由高压电源决定，B错误；C选项：喷涂机向左移动时，P点电势降低，微粒带负电，根据Eₚ=qφ，先经过P点的微粒电势能较小，C正确；D选项：电势沿电场线方向降低最快，直线轨迹与电场线重合时，电势变化最快（升高最快，因微粒带负电向正极工件运动，电场线由工件指向喷涂机），D正确。巩固练习一、单项选择题（共8小题）关于静电的应用与危害防止，下列说法正确的是（）A．复印机利用同种电荷间的吸引力工作B．加油站工作人员穿橡胶鞋可防止静电危害C．小汽车顶上的露外小天线是避雷针D．防静电椅子通过椅面嵌件、金属支撑件与导电脚轮形成静电泄放通道【答案】D【解析】A选项：复印机利用异种电荷间的吸引力工作，A错误；B选项：橡胶鞋为绝缘体，无法导走静电，会增加静电危害风险，加油站工作人员应穿导电鞋，B错误；C选项：小汽车顶上的小天线是信号接收装置，并非避雷针，C错误；D选项：防静电椅子通过导电部件形成泄放通道，可及时导走人体静电，D正确。我国古代《论衡》中“顿牟掇芥”的记载，指摩擦过的琥珀能吸引轻小物体。下列说法正确的是（）A．摩擦过的琥珀带电量不一定是元电荷的整数倍B．琥珀带电的原因是摩擦过程中电荷转移C．琥珀靠近轻小物体时，轻小物体上凭空产生电荷D．琥珀吸引轻小物体时，轻小物体对琥珀无作用力【答案】B【解析】A选项：任何带电体的带电量都是元电荷的整数倍，A错误；B选项：摩擦起电的本质是电荷的转移，而非创造电荷，琥珀带电是因为摩擦过程中电荷发生转移，B正确；C选项：琥珀靠近轻小物体时，轻小物体发生静电感应或极化，电荷重新分布，并非凭空产生电荷，C错误；D选项：根据牛顿第三定律，琥珀吸引轻小物体时，轻小物体对琥珀也有等大反向的作用力，D错误。如图所示为空气净化器内部结构简化图，负极针组件产生电晕释放电子，电子被氧分子捕捉生成负离子，负离子使烟尘微粒带电后吸附到集尘栅板上。下列说法不正确的是（）A．负极针组件产生电晕利用了尖端放电原理B．集尘栅板应带正电以高效吸附尘埃C．负极针组件附近的电场强度小于集尘栅板附近D．带电烟尘向集尘栅板靠近时动能增大【答案】C【解析】A选项：负极针为尖端结构，利用尖端放电释放电子，A正确；B选项：负离子使烟尘带负电，集尘栅板带正电时，异种电荷相互吸引，可高效吸附尘埃，B正确；C选项：负极针尖端电荷面密度大，电场线密集，电场强度大于集尘栅板附近，C错误；D选项：电场力对带电烟尘做正功，动能增大，D正确。导体棒原来不带电，将带正电的点电荷放在棒左侧的水平中心轴线上，棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒中点O处产生的场强方向为（）A．水平向左B．水平向右C．大小为零D．与点电荷电荷量无关【答案】A【解析】静电平衡时，棒内部合场强为零，感应电荷的场强与点电荷的场强等大反向。点电荷带正电，在O点产生的场强方向水平向右，因此感应电荷在O点的场强方向水平向左，选项B、C、D错误，A正确。原来不带电、长度为l的导体棒水平放置，将电荷量为+q（q＞0）的点电荷放在棒的中心轴线上，距离棒左端R处，A、B分别为棒左右两端的点，静电力常量为k。棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（）A．A点电势比B点高B．棒上感应电荷在棒中心轴线上距右端l4处的场强大小为C．增加点电荷q的带电量，O处场强增大D．若将B端接地，感应电荷在O点的场强与接地前相等【答案】D【解析】A选项：导体棒为等势体，A、B两点电势相等，A错误；B选项：该点到点电荷的距离为R+ll4=R+3l4，感应电荷的场强与点电荷的场强等大反向，大小为kqR+3l4C选项：静电平衡时O处合场强始终为零，与点电荷电荷量无关，C错误；D选项：接地后，导体仍为等势体，O处合场强为零，感应电荷的场强仍与点电荷的场强等大反向，与接地前相等，D正确。关于静电的应用与危害防止，下列说法正确的是（）A．静电复印属于静电的防止B．赛车轮胎用导电橡胶是为了防止静电导入大地C．印染车间保持空气潮湿是为了防止静电危害D．静电植绒利用同种电荷相互排斥使绒毛吸附在底料上【答案】C【解析】A选项：静电复印是静电的利用，A错误；B选项：赛车轮胎用导电橡胶是为了将静电导入大地，避免静电积累，B错误；C选项：印染车间中静电会导致布料吸附灰尘或染色不均，保持潮湿可导走静电，防止危害，C正确；D选项：静电植绒利用异种电荷相互吸引，D错误。导体棒原来不带电，将电荷量为+q的点电荷放在棒的中心轴线上，距离棒中心O为L，静电力常量为k。棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（）A．棒左侧感应出正电荷，右侧感应出负电荷B．棒右端电势比左端高C．点电荷在O点产生的场强为零D．棒上感应电荷在O点产生的场强大小为kq【答案】D【解析】A选项：点电荷带正电，棒左侧感应出负电荷，右侧感应出正电荷，A错误；B选项：导体棒为等势体，两端电势相等，B错误；C选项：点电荷在O点产生的场强大小为kqL2，C错D选项：O点合场强为零，感应电荷的场强与点电荷的场强等大反向，大小为kqL2，D正不带电的金属球壳中心O点放置一正点电荷，M、N、P、Q在过O点的直线上，P与N关于O对称，Q在金属内部，M