题目
[题目]一电荷面密度为@的均匀无限大带电平-|||-面,若以该平面为电势零点,求其周围空间的电势-|||-分布。

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查无限大均匀带电平面的电场强度和电势分布的计算,需要掌握电势与电场的关系,以及积分法求解电势的方法。
解题核心思路:
- 确定电场强度:无限大均匀带电平面的电场强度大小为 $E = \dfrac{\sigma}{2\epsilon_0}$,方向垂直于平面(假设电荷为正,则方向向外)。
- 积分求电势:以平面为电势零点,通过沿电场方向积分电场强度,得到空间各点的电势分布。
破题关键点:
- 电场方向与积分路径:电场方向垂直于平面,积分路径需从电势零点(平面位置 $x=0$)延伸到空间某点 $x$。
- 符号处理:电势公式中的负号来源于电势定义式 $V = -\int \mathbf{E} \cdot d\mathbf{l}$,需注意积分方向与电场方向的相对关系。
步骤1:确定电场强度
无限大均匀带电平面的电场强度大小为:
$E = \dfrac{\sigma}{2\epsilon_0}$
方向垂直于平面(假设电荷为正,则方向沿 $x$ 轴正方向)。
步骤2:积分求电势
以平面为电势零点($x=0$ 时 $V=0$),计算空间中任一点 $x$ 处的电势:
$V(x) = -\int_{0}^{x} E \, dx = -\int_{0}^{x} \dfrac{\sigma}{2\epsilon_0} \, dx = -\dfrac{\sigma}{2\epsilon_0} x$
关键结论:
- 在 $x \geq 0$ 的区域,电势为 $V(x) = -\dfrac{\sigma}{2\epsilon_0} x$。
- 在 $x < 0$ 的区域,电场方向相反,电势为 $V(x) = \dfrac{\sigma}{2\epsilon_0} x$。