题目
如图所示, 真空中有两个点电荷, 带电量分别为Q和Q, 相距2R..若以负电荷所在处O点为中心, 以R为半径作高斯球面S, 则通过该球面的电场强度通量 = ;若以r0表示高斯面外法线方向的单位矢量,则高斯面上a、b两点的电场强度分别为 、 .
如图所示, 真空中有两个点电荷, 带电量分别为Q和Q, 相距2R..若以负电荷所在处O点为中心, 以R为半径作高斯球面S, 则通过该球面的电场强度通量 = ;若以r0表示高斯面外法线方向的单位矢量,则高斯面上a、b两点的电场强度分别为 、 .
题目解答
答案
Q/0, 2Qr0/(90R2), Qr0/(20R2).
解析
步骤 1:计算通过高斯球面的电场强度通量
根据高斯定理,通过闭合曲面的电场强度通量等于该闭合曲面内所有电荷的代数和除以真空介电常数0。由于高斯球面S内只有负电荷Q,因此通过该球面的电场强度通量为-Q/0。
步骤 2:计算高斯面上a点的电场强度
a点位于高斯球面上,距离负电荷Q的距离为R,距离正电荷Q的距离为3R。根据库仑定律,a点的电场强度为两个点电荷在该点产生的电场强度的矢量和。由于a点位于负电荷Q的正下方,因此负电荷Q在a点产生的电场强度为Q/(40R^2),方向指向负电荷Q。正电荷Q在a点产生的电场强度为Q/(40(3R)^2),方向指向正电荷Q。因此,a点的电场强度为2Qr0/(90R^2)。
步骤 3:计算高斯面上b点的电场强度
b点位于高斯球面上,距离负电荷Q的距离为R,距离正电荷Q的距离为R。根据库仑定律,b点的电场强度为两个点电荷在该点产生的电场强度的矢量和。由于b点位于负电荷Q的正下方,因此负电荷Q在b点产生的电场强度为Q/(40R^2),方向指向负电荷Q。正电荷Q在b点产生的电场强度为Q/(40R^2),方向指向正电荷Q。因此,b点的电场强度为Qr0/(20R^2)。
根据高斯定理,通过闭合曲面的电场强度通量等于该闭合曲面内所有电荷的代数和除以真空介电常数0。由于高斯球面S内只有负电荷Q,因此通过该球面的电场强度通量为-Q/0。
步骤 2:计算高斯面上a点的电场强度
a点位于高斯球面上,距离负电荷Q的距离为R,距离正电荷Q的距离为3R。根据库仑定律,a点的电场强度为两个点电荷在该点产生的电场强度的矢量和。由于a点位于负电荷Q的正下方,因此负电荷Q在a点产生的电场强度为Q/(40R^2),方向指向负电荷Q。正电荷Q在a点产生的电场强度为Q/(40(3R)^2),方向指向正电荷Q。因此,a点的电场强度为2Qr0/(90R^2)。
步骤 3:计算高斯面上b点的电场强度
b点位于高斯球面上,距离负电荷Q的距离为R,距离正电荷Q的距离为R。根据库仑定律,b点的电场强度为两个点电荷在该点产生的电场强度的矢量和。由于b点位于负电荷Q的正下方,因此负电荷Q在b点产生的电场强度为Q/(40R^2),方向指向负电荷Q。正电荷Q在b点产生的电场强度为Q/(40R^2),方向指向正电荷Q。因此,b点的电场强度为Qr0/(20R^2)。