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大学物理作业1.电场强度

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大学物理练习题 六解答

大学物理练习题 六解答

场强叠加原理
r
r
E Ei
i
小面积S1处场强近似等于 r 1 qr 1 qr E1 40 a2 i 40 a2 i 0
小面积S2处场强近似等于
r E2
1
4 0
q a2
r i
1
4 0
q (3a)2
r i
1
4 0
10q 9a 2
r i
S2法向向左 由电通量定义可得：
rr 1 0, 2 E2 S2 0 1 2
a点电场线比b点要稠密，故 Ea Eb
7. 2000V
7．一均匀静电场，电场强度
v E
v (400i
600
v j )V
m
，1 则点a（3，2）
和点b（1，0）之间的电势差 U ab ＝
。（x，y以米计）
解：
uur
v
v vv
ab (1 3)i (0 2) j 2i 2 j
v uur
v v vv
2
2
Q
2 0
R
2
2 cosd
0
Q
2 0 R2
方向沿y轴负向。
1.
E
E E
Ar 2
4 0
AR4
4 0r 2
(r R) (r R)
当A>0 时，沿径向向外 当A<0 时，沿径向向里
2．一半径为 R 的带电球体，其电荷体密度分布为 Ar (r R)，
0
(r R) A为一常量。试求球体内外的场强分布。
1．关于电场强度定义式 E F / q0，下列说法中哪个是正确的？
(A)
场强
E 的大小与试探电荷
q
0的大小成反比．

大连理工大学大学物理1-22作业及答案详解

大连理工大学大学物理1-22作业及答案详解

答案：
[解] 坐标系建立如图： MN 上长为 dx 的元电荷 dq = λdx 受力 dF = Edq 。 无限长带电直线场强 E =
λ2 ln 2 ，方向沿 MN 2πε 0
λ ， 方向：沿 x 轴正向。 2πε 0 x
∴ F = ∫ dF = ∫
2l
l
5．用不导电的细塑料棒弯成半径为 R 的圆弧，两端间空隙为 l ( l << R ) ，若正电荷 Q 均匀 分布在棒上，求圆心处场强的大小和方向。 解：设棒上电荷线密度为 λ ，则： λ =
π
∴ E0 = 2 ∫ − dE+ cos θ = −2 ∫
方向沿 y 轴负方向。 7．线电荷密度为 λ 的“无限长”均匀带电细线，弯成图示形状，若圆弧半径为 R ，试求 O 点的场强。
答案：按题给坐标，O 点的场强可以看作是两个半无限长直导线、半圆在 O 点产生场强的 叠加。即： E 0 = E1 + E 2 + E 3 上半无限长导线取电荷元 dq1 = λdx ，它在 O 点的场强沿 x 方向的分量： 由对称性， E1 和 E2 在 y 方向的矢量和为零；在 x 方向矢量和是单根的 2 倍。
大连理工大学大学物理作业及答案详解
作业 1 （静电场一）
1．关于电场强度定义式，下列说法中哪个是正确的？[
A．场强 E 的大小与试探电荷 q0 的大小成反比。 B．对场中某点，试探电荷受力 F 与 q0 的比值不因 q0 而变。 C．试探电荷受力 F 的方向就是场强 E 的方向。 D．若场中某点不放试探电荷 q0 ，则 F = 0 ，从而 E = 0 。
Q , 2πR − l
E 0 = E1 + E 2
;

大学物理电介质内的电场强度

大学物理电介质内的电场强度
大学物理电介质内的电场强度
目
CONTENCT
录
• 引言 • 电介质基础知识 • 电介质内的电场强度概念 • 电介质内的电场强度分布 • 电介质内的电场强度与物理现象 • 总结与展望
01
引言
主题简介
电场强度是描述电场中电场力作用强弱的物理量，其大小表示电 场中单位点电荷所受的静电力，方向与正电荷在该点所受的静电 力方向相同。
总结词
电场强度是电磁能量转换的重要参数， 影响电磁波的传播和吸收。
VS
详细描述
在电磁波传播过程中，电场强度是描述电 磁波能量的重要参数。不同频率和方向的 电磁波在介质中传播时，会与介质内的分 子相互作用，将电磁能转换为热能或其他 形式的能量。电场强度越大，电磁波的能 量越强，对介质的加热和吸收效果也越明 显。
03
电介质内的电场强度概念
电场强度的定义与计算
定义
电场强度是描述电场中电场力作用强 弱的物理量，用E表示。
计算
电场强度的大小等于单位电荷在该点所 受的电场力，计算公式为E=F/q，其中 F为点电荷所受的电场力，q为点电荷的 电量。
电场强度与电介质的关系
电介质对电场的影响
在电场中，电介质中的电场强度与真 空中的电场强度不同，因为电介质中 的电荷会受到束缚，使得电介质中的 电场分布和强度发生变化。
详细描述
在电力系统中，电介质起着绝缘作用，保证电气设备的 安全运行。在储能技术中，电介质用于储存电能，如电 解电容器的使用。此外，在电磁波传播方面，电介质如 玻璃、聚乙烯等是重要的传输媒介。在静电场和恒定磁 场中，电介质对场的影响可忽略不计，但在交变电磁场 中，特别是在高频电磁场中，电介质对场的影响不可忽 略，此时需要在原有电磁场方程中增加描述电场和磁场 能量与电介质有关的项，从而得到更精确的电磁场理论 。

大学物理 电场强度

大学物理 电场强度

E
1 4πε0
(x
q r0
2)2 i
E
E
E
4
q πε0
(
x
2
2 xr0 r02
4)
2
i
q
q
- O. +
r0 2 r0 2
x
. A
E E
x
第五章 静电场
10
物理学
第五版
5-3 电场强度
E
q 4πε0
(
x
2
2xr0 r02
4)2
i
x r0
E
1
4πε0
2r0q x3
i
1 4πε0
第五章 静电场
12
物理学
第五版
5-3 电场强度
例1:均匀带正电细棒:(已知L,a,电荷线密度λ)，求延长线
上P点的场强。
L, dr
a
p
解：
dr dE 4 0r 2
r
E 由于各dE同向：
a L dr 1 1
E dE
( )
4 0 a r 2 4 0 a a L
若L a : E [1 (1 L)1] L
例2 有一半径为R，电荷均匀分布的薄圆
盘，其电荷面密度为 . 求通过盘心且垂直
盘面的轴线上任意一点处的电场强度.
R
o xPx
第五章 静电场
19
物理学
第五版
5-3 电场强度
解 σ q / πR2 dq 2 π rdr
dEx
4
xdq πε0 (x2
r 2 )3
2
2ε0
xrdr (x2 r2)3
4 0a
a

大学物理-电场强度通量,高斯定理

大学物理-电场强度通量,高斯定理


2
i
0
q
i
E 4πr 0
E 4 πr
2
q
E 0
0
E
q 4 π 0 r 2
例2 计算均匀带电球体的场强分布，q , R 解： 通量

q 4 πR 3 3
qi 2 Φe E dS E 4πr S 0
r<R r>R 电量
电量
4 3 q π r i 3
S S

n
E
曲面闭合时
Φe E dS E cos dS
S S
S
dS

注： E为dS处的电场强度
n E
例 三棱柱体放置在如图所示的匀强电 场中. 求通过此三棱柱体的电场强度通量. 解
Φe Φei
i 1
5
y
N
S1
P
S2
Φe1 Φe 2
2、高斯 (Gauss) 定理 （1） 证明: 略.书P166-168 （2 ）内容(书P168): 真空中 注:
1 Φe E dS
s
0
q
i 1
n
in i
①公式中S：高斯面(闭合曲面)
②穿过S面的电场强度通量e: 只由S面内的电荷决定
（如图中 q1、q2） ③ E : 面元 dS 处的场强 , 由所有电荷（面内、外电荷） 共同产生（如图中 q1、 q2 、 q3）
；
.
q 8 0
(3) 若将此电荷移到正方体的一 个顶点上，则通过整个 正方体表面的电场强度通量为
1 e E dS
s
0
q

大学物理答案

大学物理答案

《大学物理》练习题 No .1 电场强度班级 ___________ 学号 ___________ 姓名 ___________ 成绩 ________ 说明：字母为黑体者表示矢量 选择题1．关于电场强度定义式E = F/q0，下列说法中哪个是正确的？ [ B ] (A) 场强E 的大小与试探电荷q0的大小成反比； (B) 对场中某点，试探电荷受力F 与q0的比值不因q0而变； (C) 试探电荷受力F 的方向就是场强E 的方向；(D) 若场中某点不放试探电荷q0，则F = 0，从而E = 0.2．如图1.1所示，在坐标(a, 0)处放置一点电荷+q ，在坐标(-a,0)处放置另一点电荷-q ，P 点是x 轴上的一点，坐标为(x, 0).当x >>a 时，该点场强的大小为：[ D ](A) x q 04πε. (B)204x qπε.(C)302x qa πε (D)30x qaπε.5.在没有其它电荷存在的情况下,一个点电荷q1受另一点电荷 q2 的作用力为f12 ,当放入第三个电荷Q 后,以下说法正确的是[ C ] (A) f12的大小不变,但方向改变, q1所受的总电场力不变； (B) f12的大小改变了,但方向没变, q1受的总电场力不变；(C) f12的大小和方向都不会改变, 但q1受的总电场力发生了变化； f12的大小、方向均发生改变, q1受的总电场力也发生了变化. 填空题1．如图1.4所示，两根相互平行的“无限长”均匀带正电直线1、2，相距为d ，其电荷线密度分别为λ1和λ2，则场强等于零的点与直线1的距离211λλλ+d.2．如图1.5所示,带电量均为+q 的两个点电荷,分别位于x 轴上的+a 和－a 位置.则y 轴上各点场强表达式为E=23220)(21a y qy+πε ,场强最大值的位置在y=a22±.3. 两块“无限大”的带电平行电板，其电荷面密度分别为σ (0>σ)及σ2-，如图1.6所示，试写出各区域的电场强度E。

大学物理电场 电场强度


R2 )3
2
E
4π
qx
0(x2
R2 )3
2
讨论
1） x REFra bibliotek4πq
0x2
点电荷电场强度
2） x 0, E0 0
2R E
2
3） dE 0, x 2 R
o 2R x
dx
2
2
例5 均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度.
度为有.一求半通径过为盘R心,0电且荷垂均直匀盘分面布的的轴薄线圆上盘任,意其一电点荷处面的密
整理后得： E E1 E2
n
En
i 1
1
4 0
qi ri3
ri
场强叠加原理: 电场中某点的场强等于每个电荷单 独在该点产生的场强的叠加(矢量和)。
9.2.3 连续分布的带电体产生的场强
取电荷元 dq，由点电荷的场强公式：
dE
dq
dE
r
4 0r3
E
dE
V
V
dq
4 0r3 r
★ 注意：是矢量积分
x R0
RdR
2 0 0 ( x2 R 2 )3/ 2
zR0
R
o
dR
P
dE
x
x 1
1
E (
)
20 x2 x2 R02
E x ( 1 1 ) 20 x2 x2 R02
讨论
x R0
E 2 0
无限大均匀带电 平面的电场强度
x R0
E
4π
q
0x2
点电荷电场强度
(1
R2 1 )0 2
P
r dq q
电
体密度
dq

大学物理第10章静电场练习题

⼤学物理第10章静电场练习题第10章静电场练习题班级______________学号____________姓名________________⼀、选择题1. 电场强度E = F /q 0 这⼀定义的适⽤范围是（）(A) 点电荷产⽣的电场（B ）静电场（C ）匀强电场（D ）任何电场。

2. 如图1所⽰.有⼀电场强度E 平⾏于x 轴正向的均匀电场，则通过图中⼀半径为R 的半球⾯的电场强度通量为（）A 、πR 2E .B 、πR 2E /2 .C 、2πR 2E .D 、 0 . 3. 如图2所⽰,两个同⼼的均匀带电球⾯,内球⾯半径为R 1,带电量Q 1,外球⾯半径为R 2，带电量为Q 2.设⽆穷远处为电势零点,则在两个球⾯之间,距中⼼为r 处的P 点的电势为：（） (A) r Q Q 0214πε+. (B) 2 0210144R Q R Q πεπε+. (C) 2020144R Q r Q πεπε+. (D) r Q R Q 0210144πεπε+. 4. 关于⾼斯定理，以下说法正确的是（）(A) ⾼斯定理是普遍适⽤的,但⽤它计算电场强度时要求电荷分布具有某种对称性;(B) ⾼斯定理对⾮对称性的电场是不正确的;(C) ⾼斯定理⼀定可以⽤于计算电荷分布具有对称性的电场的电场强度;(D) ⾼斯定理⼀定不可以⽤于计算⾮对称性电荷分布的电场的电场强度.5. ⼀“⽆限⼤”均匀带电平⾯A ，其附近放⼀与它平⾏的有⼀定厚度的“⽆限⼤”平⾯导体板B ，如图3所⽰.已知A 上的电荷⾯密度为σ，则在导体板B 的两个表⾯1和2上的感应电荷⾯密度为：（）(A) σ1 = -σ , σ2 = +σ. (B) σ1 = -σ/2 , σ2 = +σ/2.(C) σ1 = -σ , σ2 = 0. (D) σ1 = -σ/2 , σ2 = -σ /2.6. 如图4, 两个完全相同的电容器C 1和C 2，串联后与电源连接. 现将⼀各同性均匀电介质板插⼊C 1中，则: （）(A) 电容器组总电容减⼩.(B) C 1上的电量⼤于C 2上的电量.(C) C 1上的电压⾼于C 2上的电压.(D) 电容器组贮存的总能量增⼤.7. 在⼀个带有正电荷的均匀带电球⾯外，放置⼀个电偶极⼦，其电矩P 的⽅向如图所⽰，当释放后该电偶极⼦的运动主要是：（）（A ）沿逆时针⽅向旋转，直⾄电矩P 沿径向指向球⾯⽽停⽌。

大物AI作业参考解答_No.06 电场强度(1)


用高斯定理
E dS
S
q内 0
(1) 在 rR1 区域内做任意同心球形高斯面，因
q内 0 ，则
E dS
S
q内 0

0，
由于同心球形高斯面“ S ”的任意性，则 E 0
(2) 在 R1r R2 区域内做同心球形高斯面，为求电场强度，先求出此区域内包含的电荷量。 在高斯面内取半径为 r、厚为 dr 的同心薄球壳，带电量为：
1、掌握电场强度和电通量的定义，建立电场“分布”概念； 2、掌握用点电荷场强公式及场强叠加原理求场强的方法； 3、确切理解静电场的高斯定理，并掌握用高斯定理求场强分布的方法； 4、掌握点电荷、无线长带电直线、无线大带电平面、带电圆环等典型带电体的电场分布 公式。 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------一、填空题
)外的电场： E


R 0r
2 3r
解：矢量不能等于标量，(A)、(C)错；无限长均匀带电直线的电场 E
2 0

r r2
，
故(B)错，半径为 R 的均匀带电球面外，场强为：
E

q 4 0r3
r

4R2 4 0r3

r

R 2 0r3
r
选D
5.为了直观、形象地描述电场分布，法拉第设想在电场中存在一系列的虚拟曲线，其上各点的（切向） 为该点的（场强方向），其分布的（疏密程度）与该处的（场强大小）成正比，我们称这样的曲线为 电场线；穿过某一给定曲面的（电场线条数）被称为通过该曲面的电通量，当电场强度的方向与曲面 法线方向相同，电通量为（正），当电场强度的方向与曲面法线方向相反，电通量为（负）；对封闭 曲面来说，求电通量时，约定其（外）法线方向为法线正方向。

《大学物理AI》作业 No.06 电场强度(参考解答)

aA bcdq选择题7图填空题6图ΔSR O《大学物理AI 》作业No.06电场强度班级________学号________姓名_________成绩______--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------****************************本章教学要求****************************1、掌握电场强度和电通量的定义，建立电场“分布”概念；2、掌握用点电荷场强公式及场强叠加原理求场强的方法；3、确切理解静电场的高斯定理，并掌握用高斯定理求场强分布的方法；4、掌握点电荷、无线长带电直线、无线大带电平面、带电圆环等典型带电体的电场分布公式。

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------一、填空题1.静电场是指______________________电荷在周围产生的电场；静电场对处于场中__________的电荷产生的作用力称为静电力（选填：静止，运动）；静电场中单位检验电荷受到的静电力定义电场强度，电场强度的分布与_______________无关，只由______________、______________决定。

2.当空间存在多个电荷时，空间某一点的场强等于__________________________________，这被为静电场的叠加原理。

利用叠加原理和________________，原则上可以计算出任意带电体产生的场强分布。

3.电场线是为了形象描述电场分布而引入的虚拟曲线，电场线分布的________与该处的________成正比；穿过某一给定曲面的________________被称为通过该曲面的电通量，当电场强度的方向与曲面法线方向相同，电通量为________，当电场强度的方向与曲面法线方向相反，电通量为________；对封闭曲面来说，求电通量时，约定其________法线方向为法线正方向。

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《大学物理》作业 No .1 电场强度
班级 ___________ 学号 ___________ 姓名 ___________ 成绩 ________
说明：字母为黑体者表示矢量
内容提要 1.库仑定律r r q q e F 2
02
14πε=
(1).同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，作用力沿两点电荷连线；（2).库仑定律中的电荷相对于观察者（或实验室系）静止，但静止电荷对运动电荷的作用力仍可由库仑定律计算，运动电荷对静止电荷的作用力一般不能由库仑定律计算；（3）.库仑定律是实验定律，但有非常高的精确度。

2.电场强度定义0
q F E =
（1）.电场中任意一点的电场强度在数值上等于单位试验电荷的受力，方向与正电荷在该点受力方向相同；(2).空间不同位置的电场强度的大小方向一般是不相同的，即电场是空间位置的函数，与实验电荷无关。

3.电场叠加原理i
n
i i
i
r
q e E ∑==
1
204πε
r r dq
d e E E ⎰⎰==2
04πε
当场源电荷是点电荷系时，可以将各个点电荷在场点产生的电场叠加；当场源电荷连续分布时，可以通过定积分计算电场。

基本要求
1.理解并掌握真空中库仑定律及电场强度的定义
2.熟悉点电荷电场，掌握电场叠加原理的运用
一、 选择题
1. 根据库仑定律，当两电荷的电量取定后，它们间的距离越小，作用力就越大。

当距离趋于零时，作用力将为无限大，造成这个结果的原因是：
[ ] （A ）库仑定律中静电力对距离的平方反比依赖关系是不准确的； （B ）库仑定律只适合描述距离足够远的电荷之间的作用； （C ）当两电荷距离趋于零时，仍然将它们看成了点电荷； （D ）以上说法均不正确。

2．关于电场强度定义式E = F /q 0，下列说法中哪个是正确的？ [ ] (A) 场强E 的大小与试探电荷q 0的大小成反比；
(B) 对场中某点，试探电荷受力F 与q 0的比值不因q 0而变； (C) 试探电荷受力F 的方向就是场强E 的方向； (D) 若场中某点不放试探电荷q 0，则F = 0，从而E = 0.
3．如图1.1所示，在坐标(a , 0)处放置一点电荷+q ，在坐标(-a ,0)处放置另一点电荷-q ，P
点
图1.1
是x 轴上的一点，坐标为(x , 0).当x >>a 时，该点场强的大小为： [ ](A)
x q
04πε. (B)
2
04x q
πε.
(C) 3
02x qa
πε (D) 30x qa πε.
4.在没有其它电荷存在的情况下,一个点电荷q 1受另一点电荷 q 2 的作用力为f 12 ,当放入第三
个电荷Q 后,以下说法正确的是
[ ] (A) f 12的大小不变,但方向改变, q 1所受的总电场力不变；
(B) f 12的大小改变了,但方向没变, q 1受的总电场力不变；
(C) f 12的大小和方向都不会改变, 但q 1受的总电场力发生了变化； (D) f 12的大小、方向均发生改变, q 1受的总电场力也发生了变化.
二、 填空题
1．如图1.2所示，两根相互平行的“无限长”均
匀带正电直线1、2，相距为d ，其电荷线密度分别为λ1和λ2，则场强等于零的点与直线1的距离
a= .
2．如图1.3所示,带电量均为+q 的两个点电荷,分别位于x 轴上的+a 和－a 位置.则y 轴上各点场强表达式为E = ,
3. 两块“无限大”的带电平行薄板，其电荷面密度分别为σ (0>σ)及σ2-，如图1.4
所示，试写出各区域的电场强度。

І区E 的大小 ， 方向 。

Π区E 的大小 ，方向 。

Ш区E 的大小 ，方向 。

4.均匀带电细棒，棒长L ，电荷线密度λ, 棒的延长线上与棒的近端相距d 处的场强大小
=E __________
三、
计算题
1. 一段半径为a 的细圆弧，对圆心的张角为0θ，其上均匀分布有正电荷 q ，如图1.5所示，试以a 、q 、0θ表示出圆心O 处的电场强度。

d
图1.2 图1.3 I II III σ2-σ
2.如图1.6，半径为R的均匀带电细圆环带正电q，环面固定在水平面内，过环心O垂直于
-，如果不计电子重力及其他阻力，并假环面的轴线上有一个电子，其质量为m，电量为e
x<<，试证明电子在圆环轴线上做简谐振动。

设电子到环心的距离R
3.有圆孔的无限大均匀带电平面，电荷面密度为σ，圆孔半径为R，求圆孔轴线上一点的电场。

参考答案 一．选择题
1.（C ）提示：库仑定律只合适点电荷。

当两电荷距离足够近时，电荷线度不能忽略，此时不能看成点电荷
2. (B)
3. （D ）
4. （C ） 二．填空 1.
211λλλ+d
2.
2
3220)(21
a y qy
+πε
3.（1）
02εσ方向向右；（2）023εσ方向向右；（3）0
2εσ方向向左 4.
⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-L d d 1140πελ 提示：积分法计算 三．计算
1. 解：根据对称性，圆弧上各电荷元在O 点产生电场的水平分量抵消，合电场沿竖直方向。

设电荷的线密度为λ，取一电荷微元，则在O 产生的场强为：
θπεcos 42
0a dQ
dE y =
又，dl dQ λ= 其中，0
θλa q =
所以， θπεθ
λcos 42
0a
ad dE y =
，其中θad dl = 从而，θπεθ
λθθ
s a
ad dE E y cos 422
2
00
⎰⎰-
=
=
积分得到，0
2
00
22sin
θπεθa q E =
2. 解：均匀带点圆环轴线上一点的电场2
3220)
(4R x qx E +=
πε，方向指向X 轴正方向，根
据牛顿定律，电子动力学方程为2
322022)
(4R x qxe Ee dx
x
d m +-
=-=πε，由于有R x <<，所
以方程化为x R qe
dx x d m 3
0224πε-=，
可知电子合外力与位移成正比方向相反，故做简谐振动。

3. 解：根据叠加原理，圆孔轴线上一点的电场可以看成无限大均匀带电平面在该点产生的
电场与面电荷密度为σ-的圆孔面在该点产生的电场的叠加，所以
22022002)1(22R
x x
R x x E +=
+--+=
εσεσεσ。