题目
真空中,有一均匀带电细圆环,电荷线密度为λ,其圆心处的电场强度E0= ,电势U0= .(选无穷远处电势为零)
真空中,有一均匀带电细圆环,电荷线密度为λ,其圆心处的电场强度E0= ,电势U0= .(选无穷远处电势为零)
题目解答
答案
0;λ2ε0
解析
步骤 1:确定电场强度
在均匀带电细圆环的圆心处,由于对称性,电场强度的径向分量相互抵消,因此圆心处的电场强度为零。
步骤 2:计算电势
电势的计算需要考虑圆环上每个电荷元对圆心处的电势贡献。由于圆环上每个电荷元到圆心的距离相等,因此可以将圆环上的电荷视为集中在圆心处的一个点电荷。电势的计算公式为:
\[ U = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{Q}{r} \]
其中,Q是圆环上的总电荷量,r是圆心到圆环上任意一点的距离。对于圆心处的电势,r为圆环的半径R,因此:
\[ U_0 = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{Q}{R} \]
由于电荷线密度为λ,圆环的总电荷量Q为:
\[ Q = 2\pi R \lambda \]
将Q代入电势公式中,得到:
\[ U_0 = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{2\pi R \lambda}{R} = \frac{\lambda}{2\epsilon_0} \]
在均匀带电细圆环的圆心处,由于对称性,电场强度的径向分量相互抵消,因此圆心处的电场强度为零。
步骤 2:计算电势
电势的计算需要考虑圆环上每个电荷元对圆心处的电势贡献。由于圆环上每个电荷元到圆心的距离相等,因此可以将圆环上的电荷视为集中在圆心处的一个点电荷。电势的计算公式为:
\[ U = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{Q}{r} \]
其中,Q是圆环上的总电荷量,r是圆心到圆环上任意一点的距离。对于圆心处的电势,r为圆环的半径R,因此:
\[ U_0 = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{Q}{R} \]
由于电荷线密度为λ,圆环的总电荷量Q为:
\[ Q = 2\pi R \lambda \]
将Q代入电势公式中,得到:
\[ U_0 = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{2\pi R \lambda}{R} = \frac{\lambda}{2\epsilon_0} \]