题目
半径为R,带电量为Q的均匀球体,因电场斥力的作用,使电荷全部均匀分布在表面上,试求电场力所做的功。
半径为R,带电量为Q的均匀球体,因电场斥力的作用,使电荷全部均匀分布在表面上,试求电场力所做的功。
题目解答
答案

解析
步骤 1:计算均匀球体的电势能
均匀带电球体的电势能可以表示为:
\[ U_{球} = \frac{3}{5} \frac{kQ^2}{R} \]
其中,\( k \) 是库仑常数,\( Q \) 是球体的总电荷量,\( R \) 是球体的半径。
步骤 2:计算电荷均匀分布在球体表面时的电势能
当电荷均匀分布在球体表面时,球体表面的电势能可以表示为:
\[ U_{表面} = \frac{kQ^2}{R} \]
步骤 3:计算电场力所做的功
电场力所做的功等于电势能的变化量,即:
\[ W = U_{表面} - U_{球} \]
\[ W = \frac{kQ^2}{R} - \frac{3}{5} \frac{kQ^2}{R} \]
\[ W = \frac{2}{5} \frac{kQ^2}{R} \]
\[ W = 2kQ^2 \]
均匀带电球体的电势能可以表示为:
\[ U_{球} = \frac{3}{5} \frac{kQ^2}{R} \]
其中,\( k \) 是库仑常数,\( Q \) 是球体的总电荷量,\( R \) 是球体的半径。
步骤 2:计算电荷均匀分布在球体表面时的电势能
当电荷均匀分布在球体表面时,球体表面的电势能可以表示为:
\[ U_{表面} = \frac{kQ^2}{R} \]
步骤 3:计算电场力所做的功
电场力所做的功等于电势能的变化量,即:
\[ W = U_{表面} - U_{球} \]
\[ W = \frac{kQ^2}{R} - \frac{3}{5} \frac{kQ^2}{R} \]
\[ W = \frac{2}{5} \frac{kQ^2}{R} \]
\[ W = 2kQ^2 \]