题目
【题目]-|||-面积为S的空气平行板电容器,极板上分别带电量-|||-pm 9, 若不考虑边缘效应,则两极板间的相互作用力为-|||-(介电常数a)-|||-^2/2a,S, 为什么啊?

题目解答
答案

解析
本题考查平行板电容器极板间作用力的计算,核心思路是利用高斯定理求电场强度,再结合库仑力公式计算作用力。关键点在于:
- 正确应用高斯定理:选取包围单个极板的高斯面,确定电场强度;
- 区分单个极板产生的场与总场:极板间的总场强是单个极板场强的两倍,但作用力计算中只需考虑单个极板产生的场对另一极板的作用。
步骤1:应用高斯定理求单个极板的场强
- 极板带电量为$q$,面积为$S$,介电常数为$\varepsilon$。
- 选取包围正极板的高斯面(无限长圆柱面),其侧面积为$2S$(两极板外侧)。
- 根据高斯定理,电位移通量等于自由电荷$q$:
$D \cdot 2S = q \implies D = \frac{q}{2S}$ - 电场强度为:
$E = \frac{D}{\varepsilon} = \frac{q}{2\varepsilon S}$
步骤2:计算作用力
- 负极板上的电荷$q$在正极板产生的场强$E$中受力:
$F = qE = q \cdot \frac{q}{2\varepsilon S} = \frac{q^2}{2\varepsilon S}$