静电场习题课(下)
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第6章真空中的静电场习题及答案1.电荷为q 和2q 的两个点电荷分别置于x1m 和x1m 处。
一试验电荷置于x 轴上何处,它受到的合力等于零?解:根据两个点电荷对试验电荷的库仑力的大小及方向可以断定,只有试验电荷 q 位于点电荷 0q 的右侧,它受到的合力才可能为0,所以2qqqq00224(x 1)4(x1) ππ 00故x3222.电量都是q 的三个点电荷,分别放在正三角形的三个顶点。
试问:(1)在这三角形的中心放 一个什么样的电荷,就可以使这四个电荷都达到平衡(即每个电荷受其他三个电荷的库仑力之和都 为零)?(2)这种平衡与三角形的边长有无关系?解:(1)以A 处点电荷为研究对象,由力平衡知,q 为负电荷,所以2 4 1 π 0 q a 22 cos304 1 π 0 ( q 33qa 2 )3故qq3(2)与三角形边长无关。
3.如图所示,半径为R 、电荷线密度为1的一个均匀带电圆环,在其轴线上放一长为l 、电荷线密度为2的均匀带电直线段,该线段的一端处于圆环中心处。
求该直线段受到的电场力。
解:先求均匀带电圆环在其轴线上产生的场强。
在带电圆环上取dqdl 1,dq 在带电圆环轴 线上x 处产生的场强大小为 dE 4 dq20(xRy2 )根据电荷分布的对称性知,yE0E zdEdEcos x41xdq 1R 3 22 2O(xR) 02xl式中:为dq 到场点的连线与x 轴负向的夹角。
E x4x 220(xR) 3 2dqzx21R R 1 x4x 2R2()3 2 2xR 2( 02 )3 2下面求直线段受到的电场力。
在直线段上取dqdx2,dq受到的电场力大小为Rx12dFxdxEdq32222(xR)0方向沿x轴正方向。
直线段受到的电场力大小为Rlx12FdxdF3202220xR)(11R1121/22R22lR方向沿x轴正方向。
4.一个半径为R的均匀带电半圆环,电荷线密度为。
求:(1)圆心处O点的场强;(2)将此带电半圆环弯成一个整圆后,圆心处O点场强。