题目
2.如图所示,两个无线长共轴带电圆柱面,分别均匀带电,沿轴线方向的电荷线密度分别为≥和≥,且两柱面的半径分别为R1和R2(R1<R2)。则在距轴线r处(r<R1)A点的电场强度大小为≥
2.如图所示,两个无线长共轴带电圆柱面,分别均匀带电,沿轴线方向的电荷线密度分别为和
,且两柱面的半径分别为R1和R2(R1<R2)。则在距轴线r处(r<R1)A点的电场强度大小为

题目解答
答案
以公共轴线为轴,r为半径R的园柱形高斯面,由对称性和高斯定理得
∵∴
=0
故E=0。
解析
考查要点:本题主要考查高斯定律在圆柱对称电荷分布中的应用,以及电场叠加原理的理解。
解题核心思路:
- 对称性分析:由于两个带电圆柱面共轴且无限长,电场分布具有高度的圆柱对称性。
- 高斯面选择:在距离轴线$r$处($r < R_1$)选取同轴的圆柱形高斯面,利用高斯定律计算电场强度。
- 电荷包含判断:明确高斯面内是否包含两个圆柱面的电荷,从而确定总电荷量。
破题关键点:
- 高斯面内的总电荷量为零:因为$r < R_1 < R_2$,高斯面完全包裹两个带电圆柱面的内部区域,两个圆柱面的电荷均未被包含在高斯面内。
步骤1:选择高斯面
取与圆柱面同轴的圆柱形高斯面,半径为$r$,长度为$l$,其侧面积为$S = 2\pi r l$。
步骤2:分析高斯面内的电荷
由于$r < R_1$,高斯面完全位于两个带电圆柱面的内部。根据题意,两个圆柱面的电荷均匀分布在各自的表面上,因此高斯面内不包含任何电荷,即总电荷量$\sum q_{\text{内}} = 0$。
步骤3:应用高斯定律
高斯定律公式为:
$\oint \mathbf{E} \cdot d\mathbf{S} = \frac{1}{\varepsilon_0} \sum q_{\text{内}}$
由于电场$\mathbf{E}$与高斯面侧面的法线方向处处相同,积分简化为:
$E \cdot (2\pi r l) = \frac{1}{\varepsilon_0} \cdot 0$
解得:
$E = 0$