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
步骤 1:确定电荷分布
均匀带电球面的电荷面密度为σ,因此球面的总电荷量Q = 4πR^2σ。
步骤 2:应用高斯定理
在距离球面R处,即距离球心2R处,我们考虑一个半径为2R的高斯球面。根据高斯定理,通过这个高斯球面的电通量等于球面内总电荷量除以ε0,即
Φ = Q/ε0 = 4πR^2σ/ε0。
步骤 3:计算电场强度
由于高斯球面是均匀的,电场强度E在球面上各点相等,且垂直于球面。因此,电场强度E与高斯球面的面积4π(2R)^2的乘积等于电通量Φ,即
E × 4π(2R)^2 = 4πR^2σ/ε0。
解得电场强度E = σ/4ε0。
均匀带电球面的电荷面密度为σ,因此球面的总电荷量Q = 4πR^2σ。
步骤 2:应用高斯定理
在距离球面R处,即距离球心2R处,我们考虑一个半径为2R的高斯球面。根据高斯定理,通过这个高斯球面的电通量等于球面内总电荷量除以ε0,即
Φ = Q/ε0 = 4πR^2σ/ε0。
步骤 3:计算电场强度
由于高斯球面是均匀的,电场强度E在球面上各点相等,且垂直于球面。因此,电场强度E与高斯球面的面积4π(2R)^2的乘积等于电通量Φ,即
E × 4π(2R)^2 = 4πR^2σ/ε0。
解得电场强度E = σ/4ε0。