题目
如图所示,一半径为R,长度为L的均匀带电圆柱面,总电荷为Q。试求端面处轴线上P点的电场强度。
如图所示,一半径为R,长度为L的均匀带电圆柱面,总电荷为Q。试求端面处轴线上P点的电场强度。
题目解答
答案

解析
步骤 1:确定电荷分布和电场强度的计算方法
- 由于圆柱面是均匀带电的,我们可以将圆柱面分成许多薄圆环,每个圆环上的电荷量为 $dq$。
- 由于对称性,每个圆环在P点产生的电场强度方向沿轴线方向,因此我们只需要计算电场强度的大小。
步骤 2:计算每个圆环在P点产生的电场强度
- 在距离O点为x处取宽为dx的圆环,其上电荷量为 $dq = \frac{Qdx}{L}$。
- 根据点电荷的电场强度公式,每个圆环在P点产生的电场强度为 $dE = \frac{dq(L-x)}{4\pi \varepsilon_0 [R^2 + (L-x)^2]^{3/2}}$。
- 将 $dq$ 代入,得到 $dE = \frac{Q(L-x)dx}{4\pi \varepsilon_0 L [R^2 + (L-x)^2]^{3/2}}$。
步骤 3:计算总电场强度
- 总电场强度为所有圆环在P点产生的电场强度的积分,即 $E = \int dE$。
- 将 $dE$ 代入,得到 $E = \int_0^L \frac{Q(L-x)dx}{4\pi \varepsilon_0 L [R^2 + (L-x)^2]^{3/2}}$。
- 通过积分计算,得到 $E = \frac{Q}{4\pi \varepsilon_0 L} \left[ \frac{1}{R} - \frac{1}{\sqrt{R^2 + L^2}} \right]$。
- 由于圆柱面是均匀带电的,我们可以将圆柱面分成许多薄圆环,每个圆环上的电荷量为 $dq$。
- 由于对称性,每个圆环在P点产生的电场强度方向沿轴线方向,因此我们只需要计算电场强度的大小。
步骤 2:计算每个圆环在P点产生的电场强度
- 在距离O点为x处取宽为dx的圆环,其上电荷量为 $dq = \frac{Qdx}{L}$。
- 根据点电荷的电场强度公式,每个圆环在P点产生的电场强度为 $dE = \frac{dq(L-x)}{4\pi \varepsilon_0 [R^2 + (L-x)^2]^{3/2}}$。
- 将 $dq$ 代入,得到 $dE = \frac{Q(L-x)dx}{4\pi \varepsilon_0 L [R^2 + (L-x)^2]^{3/2}}$。
步骤 3:计算总电场强度
- 总电场强度为所有圆环在P点产生的电场强度的积分,即 $E = \int dE$。
- 将 $dE$ 代入,得到 $E = \int_0^L \frac{Q(L-x)dx}{4\pi \varepsilon_0 L [R^2 + (L-x)^2]^{3/2}}$。
- 通过积分计算,得到 $E = \frac{Q}{4\pi \varepsilon_0 L} \left[ \frac{1}{R} - \frac{1}{\sqrt{R^2 + L^2}} \right]$。