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(大学物理朱峰第一版习题精解第六章静电场
习题解析
6-1 在坐标原点及点分别放置电量及的点电荷,求点处的场强。
解 如图6.4所示,点电荷和在产生的场强分别为
而,所以
6-2 长为的直导线AB上,设想均匀地分布着线密度为,的正电荷,如图6.5所示,求:
(1)在导线的延长线上与B端相距处的P点的场强;
(2)在导线的垂直平分线上与导线中点相距处的Q点的场强。
解 (1)如图6.5(a)所示,以AB中点为坐标原点,从A到B的方向为x轴的正方向。在导线AB上坐标为x处,取一线元dx,其上电荷为
它在P点产生的场强大小为
方向沿x轴正方向。导线AB上所有线元在P点产生的电场的方向相同,因此P点的场强大小为
方向沿x轴正方向。
(2)如图6.5(b)所示,以AB中点为坐标原点,从A到B的方向为x轴正方向,垂直于AB的轴为y轴,在导线AB上坐标为x处,取一线元dx,其上的电荷为
它在Q点产生的电场的场强大小为
方向如图6.5(b)所示。
在导线AB上坐标为-x处取另一线元dx,其上电荷为
它在Q点产生的电场场强大小为
方向与坐标x处电荷元在Q点产生的电场方向相对与y轴对称,因此
与的合场强的大小为
方向沿y轴正方向,因此Q点的场强的大小为
方向沿轴正方向。
6-3 一根玻璃棒被弯成半径为R的半圆形,其上电荷均匀分布,总电量为q,求半圆中心O
点的场强。
解 建立如图6.6所示的坐标系,在弧线上取线元其上电荷为,它在Q点处产生的场强
由于半圆形上电荷对y轴呈对称性分布,电场分布也对y轴呈对称性,所以
6-4 一根细有机玻璃棒被弯成半径为R的半圆形,上半截均匀带有正电荷,电荷线密度为;下半截均匀带有负电荷线密度为,如图6.7所示。求半圆中心O点的场强。
解 建立如图6.7所示的坐标系,根据电荷分布的对称性,O点的场强沿?y轴方向正方向,任意电荷元dq在O点产生的场强大小为
此场强在y轴方向的分量为
半圆形上半部分和下半部分在O点产生的场强,在x轴方向合场强为零,在y轴方向分量
大小相等,方向相同。因此
方向沿y轴的正方向。
6-5 (1)一半径为R的带电球体,其上电荷分布的体密度为一常数,试求此点球体内、
外的场强分布;
(2)若(1)中带电球体上点电荷分布的体密度为,其中为一常数,r为球上任意一点到球心的距离,试求此带点球体内、外的场强分布。
解 (1)当时,建立如图6.8(a)所示的高斯面,根据高斯面定理
式中,所以
当时,建立如图6.8(b)图所示的高斯面,根据高斯面定理
式中,所以
(2)当时,建立如图6.8(a)所示的高斯面,根据高斯面定理
式中,所以
当时,建立如图6.8(b)所示的高斯面,根据高斯面定理
式中,所以
6-6 根据量子力学,正常状态的氢原子可以看成由一个电量为+e的点电荷,以及球对称分
布在其周围的电子云构成。已知电子云的电荷密度为其中是为使点电
荷总量等于-e所需要的常量。试问在半径为的球内净电荷是多少?距核远处的电场强度是多
大?
解 半径为的球内净电荷为
在距核远处做半径为球形高斯面,根据高斯面定理
所以
6-7 如图6.9所示,一半径为R的均匀带电球体,电荷体密度为。今在球内挖去一半径为r(rR),如果带电球体心O 指向球向球形空腔球心的均匀带电球体所分别产生的场强和的矢量和。
解 利用补偿法求解,球形空腔中任意一点的电场强度E可看作半径为R、体密度为的均匀带点球体和半径为、体密度为的均匀带电球体所分别产生的场强和的矢量和。
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