题目
5、电量为q、半径为R的均匀带-|||-电球体。设球体内 (rlt R) 的电-|||-场强度为E1,球体外 (rgt R) 的-|||-电场强度为Ee,则有:-|||-E1、EB均与r成正比-|||-E1与r成反比,Ee与r成正-|||-比-|||-Ei、En均与r成反比-|||-E1与r成正比,E(与r^2成反-|||-比

题目解答
答案

解析
本题考查均匀带电球体的电场分布,核心在于应用高斯定律分析球内、球外的电场强度。关键点:
- 球内($r < R$):电荷分布均匀,高斯面内包含的电荷量与$r^3$成正比,结合高斯定律可得$E_1$与$r$成正比。
- 球外($r > R$):电荷整体视为集中在球心,场强与点电荷相同,即$E_e$与$r^2$成反比。
球内电场强度($r < R$)
-
确定高斯面内电荷量
均匀带电球体电荷密度为$\rho = \frac{q}{\frac{4}{3}\pi R^3}$,高斯面内电荷量为:
$Q_{\text{enc}} = \rho \cdot \frac{4}{3}\pi r^3 = q \cdot \frac{r^3}{R^3}.$ -
应用高斯定律
高斯面为半径$r$的球面,电场强度$E_1$均匀:
$E_1 \cdot 4\pi r^2 = \frac{Q_{\text{enc}}}{\varepsilon_0} = \frac{q r^3}{\varepsilon_0 R^3}.$
解得:
$E_1 = \frac{q r}{4\pi \varepsilon_0 R^3} \quad \text{(与$r$成正比)}.$
球外电场强度($r > R$)
-
确定高斯面内总电荷量
高斯面包含整个带电球体,电荷量为$q$。 -
应用高斯定律
高斯面为半径$r$的球面,电场强度$E_e$均匀:
$E_e \cdot 4\pi r^2 = \frac{q}{\varepsilon_0}.$
解得:
$E_e = \frac{q}{4\pi \varepsilon_0 r^2} \quad \text{(与$r^2$成反比)}.$