高中物理竞赛精品讲义之—程稼夫篇(7)

2019-03-29 17:15

多点叠加在右边N,N-1,N-2…上,叠加后,除XX'轴上的一个顶点的电量为

N?12q(下端)除外,其余多点的电量均为(N+1)q。再将与图(c)所示系统关于XX'轴成完全对称的另一个系统(第二次叠加)与之叠加,叠加后的系统如图(d),此新的系统多顶点的电量均为(N+1)q,因此这个系统的中心0点,电场强度为0,因

此图(c)所示系统在O点的电场强度没有沿XX'轴方向的分量。由此可知,原系统在O点合场强方向必与XX'轴垂直,

综上可知,无论N为什么数,原系统在O点的合场强方向垂直

(2)现取N0为YY'轴,将两个N边行带电系统关于YY'轴镜像对称地叠加如图(e),

此时除N点电荷为2Nq,其他多点电荷均为Nq,显然两个系统叠加后再O点引起的合场强方向沿OY'方向大小为

E0?kNq,每个系统对应场强与E0关系为 R2这就是原正N边行中心处电场强度E的大小

电偶极子

观察远处电场强度时,可用一个量来代表这个电偶极子: 电偶极距pe?qL

小结:(1)电偶极子的电偶极距pe?qL

(2)电偶极子在其延长线方向和中垂线上的电场强度分布 如图所示

E11?12p4??0r3,E1?p

4??0r31(3)如图所示,

在p(r,θ)点处,电偶极子的产生电场强度分量为

?12pcos?E?r??4??0r3 ?1psin??E???4??0r3?(4)电偶极子在p(r,θ)处产生的电势,如图

U?1pcos?pr,或者 U?334??04??0rr1E与U的关系

?E?dr?U1?U2,Ex??12dU dXE???U

柱坐标下?

??U1?U1?U??E???U???,?,? ??r?r??rsin?????(5)电偶极子在外电场的势能(如图所示)

?E12?dr?U1?U2

?M12?dr?U1?U2

??qELsin?d?12?qEL?sin?d??qEL?dcos??qEL(cos?2?cos?1)1122

??qELcos?1?(?qELcos?2)U??qELcos???p?E

例: 解:分析

t=0时产生大的一个微粒,由于此时以及随后A板加上正电压U0,所以这个带负电的微粒,将被加速。这个微粒可以有T/2的加速时间,在这段时间内,设微粒可以经历的路程为X,

1?T?1qU0?T????x?a?? ???2?2?22Lm?2??依据所给表达式

223U0q?T?3U0q??L2??L??162m?162Lm?2?2?T???2?? ??2所以x>L

这个说明t=0时产生的第一个微粒可以到达A板 ① 设t?0?t?这里最后产生的那个微粒t1这段时间产生微粒正好能全部到达A板,

刚好能到A板,这个微粒产生后向A板加速的时间设为Δt1,则

T2?t1??t,求t1,如图所示

找方程,设加速度a,

d1?d2?L

d1?12a??t1?,v1?a(?t1) 2202?v1?2(2a)d2

五个方程,五个未知量,联立求解得

?t1?T4

说明:t?t1?T4时刻产生的那个微粒未到A板

② 假设某一个时刻产生的一个微粒,将要到达但是还未到达A板,掉过来反向加速,求到

达B板需要多长?(近A板时,速度为零)

2L?1qU02(2a)?2?a?2?? 22mL??24mL2qU0?L2?qU02? 4m23U0q?T?2??利用题给式子L?????162m?2??反向向B加速时间为

3T 24T2?T8?33TT?() 824这个微粒可足够时间到达B板,这种情况正好是

t?T4时,在A板附近的那个微粒。

③ t?T4?t?T2时间内产生的那个微粒

可以肯定,这些微粒不能到达A板,而且在距A板前一段距离停止,然后反向加速,反之,那么这些微粒到达B板需要?1??

如图所示,A板处,在?2v0的作用下已经经历了?间将?T的时间,所以反向向B的加速时8?1,而离A板较远处开始向B板加速到达B板时间将??,因此

?t?t?T4T2内产生的微粒,在掉头向B加速过过程中有更富裕的时间到达B板。

最后的结论:在t?0?t?T2时间内产生的微粒,只有t?0?t?T4内产生

的微粒可以到达A板,粒子数目为80


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