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强度的计算,需要结合高斯定理和面电荷密度与总电荷的关系。
解题核心思路:
- 明确带电球面的电场分布特点:球外电场等同于等量点电荷的场强,球内场强为零。
- 确定题目中所求点的位置:距离球面R处,即距离球心为$2R$。
- 利用高斯定理计算场强,需先求出球面总电荷量$Q$,再代入点电荷场强公式。
破题关键点:
- 正确计算总电荷量:$Q = \sigma \cdot 4\pi R^2$(面密度$\sigma$乘以球表面积)。
- 正确应用高斯定理:场强公式$E = \frac{Q}{4\pi \varepsilon_0 r^2}$,其中$r = 2R$。
步骤1:确定所求点的位置
题目中“距离球面R处”指的是该点到球心的距离为$r = R + R = 2R$。
步骤2:计算球面总电荷量
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3:应用高斯定理求场强
根据高斯定理,球外任一点的场强等同于等量点电荷的场强:
$E = \frac{Q}{4\pi \varepsilon_0 r^2}$
将$Q = \sigma \cdot 4\pi R^2$和$r = 2R$代入:
$E = \frac{\sigma \cdot 4\pi R^2}{4\pi \varepsilon_0 (2R)^2} = \frac{\sigma R^2}{4\varepsilon_0 R^2} = \frac{\sigma}{4\varepsilon_0}$