题目
7.如题9.3.7图所示,无限大均匀-|||-带电平面A的附近放一与它平行的有-|||-一定厚度的无限大中性平面导体板B。-|||-已知A板上的电荷面密度为σ,求在导-|||-体板B的两个表面1和2上的感应电荷-|||-面密度σ1和σ2。-|||-σ1 G2-|||-B i-|||-题9.3.7图

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查带电平面产生的电场、导体静电平衡条件及电荷守恒定律的应用。
解题核心思路:
- 电荷守恒:导体板B整体电中性,感应电荷面密度满足 $\sigma_1 + \sigma_2 = 0$。
- 静电平衡条件:导体内部电场强度为零,需叠加所有带电面产生的电场。
破题关键点:
- 电场方向判断:带正电平面的电场线向外,带负电平面的电场线向内。
- 电场叠加:将A板及B板两表面的电场在导体内部叠加为零。
步骤1:建立电荷守恒方程
导体板B整体电中性,感应电荷满足:
$\sigma_1 + \sigma_2 = 0 \quad \text{(电荷守恒)}$
步骤2:分析导体内部电场
A板电荷面密度为$\sigma$,其电场强度为$\dfrac{\sigma}{2\epsilon_0}$(向右)。
B板左表面$\sigma_1$的电场在导体内部方向为:若$\sigma_1 < 0$,则电场向右;右表面$\sigma_2$的电场在导体内部方向为:若$\sigma_2 > 0$,则电场向左。
根据静电平衡,总电场为零:
$\dfrac{\sigma}{2\epsilon_0} + \dfrac{\sigma_1}{2\epsilon_0} - \dfrac{\sigma_2}{2\epsilon_0} = 0$
步骤3:联立方程求解
将$\sigma_2 = -\sigma_1$代入电场方程:
$\dfrac{\sigma}{2\epsilon_0} + \dfrac{\sigma_1}{2\epsilon_0} - \dfrac{(-\sigma_1)}{2\epsilon_0} = 0$
化简得:
$\sigma + 2\sigma_1 = 0 \quad \Rightarrow \quad \sigma_1 = -\dfrac{\sigma}{2}$
进一步得:
$\sigma_2 = -\sigma_1 = \dfrac{\sigma}{2}$