题目
有一无限长均匀带电直线,单位长度上的电荷,即电荷线密度为+uf06c,有一带电量为+Q的点电荷与无限长均匀带电直线的垂直距离为r, 则该点电荷所受到的电场力等于______________
有一无限长均匀带电直线,单位长度上的电荷,即电荷线密度为+\uf06c,有一带电量为+Q的点电荷与无限长均匀带电直线的垂直距离为r, 则该点电荷所受到的电场力等于______________
题目解答
答案
(1)

解析
考查要点:本题主要考查无限长均匀带电直线产生的电场强度的计算,以及点电荷在电场中所受电场力的求解方法。
解题核心思路:
- 电场强度公式:利用高斯定理推导出无限长均匀带电直线的电场强度公式 $E = \frac{\lambda}{2\pi \varepsilon_0 r}$,其中 $\lambda$ 是电荷线密度,$r$ 是场点到直线的距离。
- 电场力公式:根据电场力公式 $F = Q \cdot E$,将点电荷 $Q$ 代入电场强度表达式即可求得结果。
破题关键点:
- 正确应用高斯定理:选择合适的高斯面(圆柱面)简化计算。
- 注意单位制:公式中的物理量需保持单位一致。
步骤1:求无限长均匀带电直线的电场强度
根据高斯定理,取半径为 $r$、长度为 $l$ 的圆柱面作为高斯面。穿过高斯面的电场强度 $E$ 均匀分布于侧面上,故:
$\Phi_E = E \cdot (2\pi r l) = \frac{\lambda l}{\varepsilon_0}$
解得:
$E = \frac{\lambda}{2\pi \varepsilon_0 r}$
步骤2:求点电荷所受电场力
点电荷 $Q$ 在电场强度为 $E$ 的位置所受电场力为:
$F = Q \cdot E = Q \cdot \frac{\lambda}{2\pi \varepsilon_0 r} = \frac{Q\lambda}{2\pi \varepsilon_0 r}$