题目
真空中两块互相平行的无限大均匀带电平面。其电荷面密度分别为+sigma和+2sigma,两板之间的距离为d。两板之间的电场强度的大小和电势差分别为A. Large((sigma)/(2varepsilon _0)),Large((sigma)/(2varepsilon _0))d。B. 0,0。C. Large((3sigma)/(2varepsilon _0)),Large((3sigma)/(2varepsilon _0))d。D. Large((sigma)/(varepsilon _0)),Large((sigma)/(varepsilon _0))d。
真空中两块互相平行的无限大均匀带电平面。其电荷面密度分别为$+\sigma$和$+2\sigma$,两板之间的距离为$d$。两板之间的电场强度的大小和电势差分别为
A. $\Large{\frac{\sigma}{2\varepsilon _0}}$,$\Large{\frac{\sigma}{2\varepsilon _0}}$$d$。
B. 0,0。
C. $\Large{\frac{3\sigma}{2\varepsilon _0}}$,$\Large{\frac{3\sigma}{2\varepsilon _0}}$$d$。
D. $\Large{\frac{\sigma}{\varepsilon _0}}$,$\Large{\frac{\sigma}{\varepsilon _0}}$$d$。
题目解答
答案
A. $\Large{\frac{\sigma}{2\varepsilon _0}}$,$\Large{\frac{\sigma}{2\varepsilon _0}}$$d$。
解析
考查要点:本题主要考查无限大均匀带电平面电场的叠加及电势差的计算。
解题思路:
- 单个带电平面的电场:无限大均匀带电平面产生的电场强度为 $E = \frac{\sigma}{2\varepsilon_0}$,方向垂直于平面向外(正电荷)。
- 电场叠加:两带电平面的电场在两板之间叠加,需注意方向相反,总场强为代数和。
- 电势差计算:电势差由场强与距离的乘积决定,注意方向对符号的影响。
破题关键:
- 独立性原理:每个平面的电场由自身电荷决定,与其他平面无关。
- 方向判断:两平面电场方向相反,总场强需取代数差。
电场强度的计算
- 第一个平面(电荷面密度 $\sigma$):
电场强度为 $E_1 = \frac{\sigma}{2\varepsilon_0}$,方向垂直于平面向外(向右)。 - 第二个平面(电荷面密度 $2\sigma$):
电场强度为 $E_2 = \frac{2\sigma}{2\varepsilon_0} = \frac{\sigma}{\varepsilon_0}$,方向垂直于平面向外(向左)。 - 总场强叠加:
在两板之间,两电场方向相反,总场强为:
$E_{\text{总}} = E_1 - E_2 = \frac{\sigma}{2\varepsilon_0} - \frac{\sigma}{\varepsilon_0} = -\frac{\sigma}{2\varepsilon_0}.$
大小为 $\frac{\sigma}{2\varepsilon_0}$,方向向左。
电势差的计算
电势差 $U$ 由场强与距离的乘积决定:
$U = E_{\text{总}} \cdot d = \frac{\sigma}{2\varepsilon_0} \cdot d.$
(方向导致左板电势高于右板,取正值。)