同轴圆柱形带电体由圆柱导体A和导体壳B组成,二者同轴放置,之间为真空,导体A带正电荷,下面的说法正确的是:A. r越大,电势越高;B. r越大,电场强度越大;C. r相同的空间点,电势也相同;D. 电势梯度和电场方向相同。
A. r越大,电势越高;
B. r越大,电场强度越大;
C. r相同的空间点,电势也相同;
D. 电势梯度和电场方向相同。
题目解答
答案
解析
本题考查同轴圆柱形带电体的电场和电势分布相关知识。解题的关键在于理解高斯定理在求解电场强度分布,以及电场强度与电势的关系,然后据此对每个选项进行分析判断。
1. 分析选项A
根据高斯定理$\oint_{S}\vec{E}\cdot d\vec{S}=\frac{q_{enc}}{\epsilon_0}$(其中$\oint_{S}\vec{E}\cdot d\vec{S}$是电场强度$\vec{E}$通过闭合曲面$S$的通量,$q_{enc}$是闭合曲面$S$内包围的电荷量,$\epsilon_0$是真空介电常数),对于同轴圆柱形带电体,在导体$A$和导体壳$B$之间(设导体$A$半径为$R_1$,导体壳$B$半径为$R_2$,$R_1 2. 分析选项B 由前面根据高斯定理得到的电场强度公式$E = \frac{\lambda}{2\pi\epsilon_0 r}$($R_1 3. 分析选项C 由于电场强度方向沿径向向外,具有轴对称性,在$r$相同的空间点,电场强度大小相等,方向相同。根据电势的定义$U = -\int_{r}^{\infty}\vec{E}\cdot d\vec{l}$,从同一点出发到无穷远处积分,得到的电势值是相同的,所以$r$相同的空间点,电势也相同,选项C正确。 4. 分析选项D 根据电场强度与电势梯度的关系$\vec{E}=-\nabla U$,其中$\nabla U$是电势梯度,负号表示电场强度方向与电势梯度方向相反,所以选项D错误。