题目
半径为R的均匀带电球面,若其电荷面密度为σ,则在距离球面R处的电场强度大小为( )。A. σ/ε0B. σ/2ε0C. σ/4ε0D. σ/8ε0
半径为R的均匀带电球面,若其电荷面密度为σ,则在距离球面R处的电场强度大小为( )。
A. σ/ε0
B. σ/2ε0
C. σ/4ε0
D. σ/8ε0
题目解答
答案
C. σ/4ε0
解析
考查要点:本题主要考查带电球面外部电场的计算,需要运用高斯定理(高斯定律)解决对称性电场问题。
解题核心思路:
- 确定电荷分布:均匀带电球面的电荷分布在球壳表面,总电荷量可通过面密度与表面积计算。
- 应用高斯定理:选取包围带电球面的高斯面,利用对称性简化电场强度的计算。
- 注意距离关系:题目中“距离球面R处”实际对应球心到该点的距离为$2R$,需正确代入公式。
破题关键点:
- 区分球面电荷与点电荷的场强公式:带电球面外部的场强与点电荷场强公式相同,但需正确计算总电荷量。
- 单位换算与公式变形:将面密度$\sigma$与总电荷量$Q$关联,代入高斯定理公式时注意距离的平方关系。
步骤1:计算总电荷量
带电球面的总电荷量为:
$Q = \sigma \cdot \text{表面积} = \sigma \cdot 4\pi R^2$
步骤2:应用高斯定理
在距离球面$R$处(即球心外$2R$处)作高斯面,根据高斯定理:
$E \cdot 4\pi (2R)^2 = \frac{Q}{\varepsilon_0}$
代入$Q = \sigma \cdot 4\pi R^2$:
$E = \frac{\sigma \cdot 4\pi R^2}{4\pi \varepsilon_0 (2R)^2} = \frac{\sigma}{4\varepsilon_0}$
步骤3:选项匹配
计算结果与选项C一致,故正确答案为C. $\frac{\sigma}{4\varepsilon_0}$。