物理学9章习题解答(2)

2019-03-02 23:32

,

当所考查的点到该点电荷的距离r接近零时,则电场强度趋于无限大,这显然是没有意义的。对此应作何解释?

解 当r? 0时,带电体q就不能再视为点电荷了,只适用于场源为点电荷的场强公式不再适用。这时只能如实地将该电荷视为具有一定电荷体密度的带电体。

9-10 离点电荷50 cm

处的电场强度的大小为2.0 n?c?

1

。求此点电荷的电量。

解 由于

,

所以有

.

9-11 有两个点电荷,电量分别为5.0107c和2.8108c,相距15 cm

?

?

?

?

。求:

(1)一个电荷在另一个电荷处产生的电场强度;

(2)作用在每个电荷上的力。

解 已知

图9-11所示。

= 5.010

?

?7

c、

= 2.8108c,它们相距r = 15 cm

?

?

,如

图9-11

(1)

在点b产生的电场强度的大小为

,

方向沿从a到b的延长线方向。

在点a产生的电场强度的大小为

,

方向沿从b到a的延长线方向。

(2)

对 的作用力的大小为

,

方向沿从b到a的延长线方向。

对 的作用力的大小为

.

方向沿从a到b的延长线方向。

9-12 求由相距l

的 ?q电荷所组成的电偶极子,在下面的两个特殊空间内产生的电场强度:

(1)轴的延长线上距轴心为r

处,并且r >>l;

(2)轴的中垂面上距轴心为r

处,并且r >>l。

图9-12

(1)在轴的延长线上任取一点p

,如图9-12所示,该点距轴心的距离为r。p点的电场强度为

.

在r >> l的条件下,上式可以简化为

.(1)

,(2)

这就是电偶极子的电矩。这样,点p的电场强度可以表示为

图9-13

.(3)

(2)在轴的中垂面上任取一点q

,如图9-13所示,该点距轴心的距离为r。q点的电场强度为

也引入电偶极子电矩,将点q的电场强度的大小和方向同时表示出来:

.

9-13 有一均匀带电的细棒,长度为l

,所带总电量为q。求:

(1)细棒延长线上到棒中心的距离为a

处的电场强度,并且a>>l;

(2)细棒中垂线上到棒中心的距离为a

处的电场强度,并且a>>l。

(1)以棒中心为坐标原点建立如图9-14

所示的坐标系。在x轴上到o点距离为

a处取一点p,在x处取棒元dx,它所带电荷元为?dx ,该棒元到点p的距离为a? x,它在p点产生的电场强度为

图9-14

.

整个带电细棒在p点产生的电场强度为

,

方向沿x轴方向。

(2)坐标系如图9-15

所示。在细棒中垂线(即y轴)上到o点距离为a处取一点p,由于

对称性,整个细棒在p点产生的电场强度只具有y分量ey。所以只需计算ey就够了。

仍然在x处取棒元dx,它所带电荷元为?dx,它在p点产生电场强度的y分量为

图9-15

.

整个带电细棒在p点产生的电场强度为

,

方向沿x轴方向。

9-14 一个半径为r

的圆环均匀带电,线电荷密度为?。

的一点的电场强度。

求过环心并垂直于环面的轴线上与环心相距a

解以环心为坐标原点,建立如图9-16所示的坐标系。在x轴上

取一点p

图9-16

,p点到盘心的距离为a。在环上取元段dl,元段所带电量为dq =

? dl,在p点产生的电场强度的大小为

.

由于对称性,整个环在p点产生的电场强度只具有x分量ex。所以只需计算ex就够了。所以

.

9-15 一个半径为r

的圆盘均匀带电,面电荷密度为?。求过盘心并垂直于盘面的轴线上与盘心相距a的一点的电场强度。

解 取盘心为坐标原点建立如图9-17所示的坐标系。在x轴上取一点p,p点到盘心的距离为a。为计算整个圆盘在p点产生的电场强度,可先在圆盘上取一宽度为dr的圆环,该圆环在p点产生的电场强度,可以套用上题的结果,即

图9-17

,

的方向沿x

轴方向。整个圆盘在p点产生的电场强度,可对上式积分求得

.

9-16 一个半径为r

的半球面均匀带电,面电荷密度为?。求球心的电场强

度。

解 以球心o为坐标原点,建立如图9-18所示的坐标系。在球面上取宽度为dl

的圆环,圆环的半径为r。显然

,

图9-18

圆环所带的电量为

.

根据题9-14的结果,该圆环在球心产生的电场强度为

,

方向沿x轴的反方向。由图中可见,

,, 将这些关系代入上式,得

.


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