题目
一半径为R的均匀带电球体,带电量为q。试求:(1)球内、外各点的电场强度;(2)球内、外各点的电势。
一半径为R的均匀带电球体,带电量为q。试求:
(1)球内、外各点的电场强度;
(2)球内、外各点的电势。
(1)球内、外各点的电场强度;
(2)球内、外各点的电势。
题目解答
答案

解析
步骤 1:球内电场强度
根据高斯定理,对于球内任意一点,其电场强度仅由该点内部的电荷量决定。设球内任意一点距离球心的距离为r(r < R),则该点内部的电荷量为q' = q(r^3/R^3)。因此,球内电场强度为E1 = q'(3ε0)/(4πr^2) = q(3r^2)/(4πε0R^3)。
步骤 2:球外电场强度
对于球外任意一点,其电场强度由整个球体的电荷量决定。设球外任意一点距离球心的距离为r(r > R),则球外电场强度为E2 = q/(4πε0r^2)。
步骤 3:球内电势
球内电势可以通过积分球内电场强度得到。设球内任意一点距离球心的距离为r(r < R),则球内电势为V1 = ∫E1dr = q(3R^2 - r^2)/(8πε0R)。
步骤 4:球外电势
球外电势可以通过积分球外电场强度得到。设球外任意一点距离球心的距离为r(r > R),则球外电势为V2 = ∫E2dr = q/(4πε0r)。
根据高斯定理,对于球内任意一点,其电场强度仅由该点内部的电荷量决定。设球内任意一点距离球心的距离为r(r < R),则该点内部的电荷量为q' = q(r^3/R^3)。因此,球内电场强度为E1 = q'(3ε0)/(4πr^2) = q(3r^2)/(4πε0R^3)。
步骤 2:球外电场强度
对于球外任意一点,其电场强度由整个球体的电荷量决定。设球外任意一点距离球心的距离为r(r > R),则球外电场强度为E2 = q/(4πε0r^2)。
步骤 3:球内电势
球内电势可以通过积分球内电场强度得到。设球内任意一点距离球心的距离为r(r < R),则球内电势为V1 = ∫E1dr = q(3R^2 - r^2)/(8πε0R)。
步骤 4:球外电势
球外电势可以通过积分球外电场强度得到。设球外任意一点距离球心的距离为r(r > R),则球外电势为V2 = ∫E2dr = q/(4πε0r)。