题目
a-|||-d-|||-1 2两根相互平行的“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如图所示,则场强等于零的点与直线1的距离a为 ____ 。
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如图所示,则场强等于零的点与直线1的距离a为 ____ 。题目解答
答案
解:由高斯定理可得无线长直导线的电场为
E=$\frac{λ}{2πɛ{}_{0}r}$
因a点的场强为零,因此可知
$\frac{{λ}_{1}}{2π{ɛ}_{0}a}$=$\frac{{λ}_{2}}{2π{ɛ}_{0}(d-a)}$
整理解得
a=$\frac{d{λ}_{1}}{{λ}_{1}+{λ}_{2}}$
故答案为:$\frac{d{λ}_{1}}{{λ}_{1}+{λ}_{2}}$。
E=$\frac{λ}{2πɛ{}_{0}r}$
因a点的场强为零,因此可知
$\frac{{λ}_{1}}{2π{ɛ}_{0}a}$=$\frac{{λ}_{2}}{2π{ɛ}_{0}(d-a)}$
整理解得
a=$\frac{d{λ}_{1}}{{λ}_{1}+{λ}_{2}}$
故答案为:$\frac{d{λ}_{1}}{{λ}_{1}+{λ}_{2}}$。
解析
考查要点:本题主要考查无限长带电直线的电场分布及电场叠加原理的应用。
解题核心思路:
- 电场公式:利用高斯定理得出无限长均匀带电直线的电场强度公式 $E = \frac{\lambda}{2\pi \varepsilon_0 r}$。
- 场强叠加:场强为零的点需满足两直线产生的电场大小相等、方向相反。
- 位置分析:通过电荷同性判断场强方向,确定场强抵消点位于两直线之间。
破题关键点:
- 方向判断:正电荷电场方向均向外,故场强抵消点必在两直线之间。
- 方程建立:根据电场大小相等列方程,消去公共因子后解方程。
设场强为零的点与直线1的距离为 $a$,则与直线2的距离为 $d - a$。
两直线的电场强度分别为:
$E_1 = \frac{\lambda_1}{2\pi \varepsilon_0 a}, \quad E_2 = \frac{\lambda_2}{2\pi \varepsilon_0 (d - a)}.$
因场强为零,有 $E_1 = E_2$,即:
$\frac{\lambda_1}{a} = \frac{\lambda_2}{d - a}.$
交叉相乘得:
$\lambda_1 (d - a) = \lambda_2 a.$
整理得:
$d\lambda_1 = a (\lambda_1 + \lambda_2).$
解得:
$a = \frac{d \lambda_1}{\lambda_1 + \lambda_2}.$