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
考查要点:本题主要考查带电圆环在圆心处的电场强度和电势的计算,需要结合对称性分析和电势叠加原理。
解题核心思路:
- 电场强度:利用对称性分析,带电圆环上各点电荷在圆心处产生的场强矢量相互抵消,总场强为零。
- 电势:电势是标量,所有电荷元在圆心处的电势贡献直接相加,通过积分计算总电势。
破题关键点:
- 场强为零:圆环的对称性导致各方向场强矢量抵消。
- 电势叠加:每个电荷元的电势独立叠加,总电势与圆环总电荷量相关。
电场强度 $E_0$ 的计算
- 对称性分析:
圆环上任意一点电荷在圆心处产生的场强方向沿半径方向。由于圆环对称,对称位置的电荷元产生的场强大小相等、方向相反,矢量和为零。因此,圆心处总场强为零。
电势 $U_0$ 的计算
- 单个电荷元的电势:
圆环上电荷元 $dq$ 在圆心处的电势为
$dU = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \cdot \frac{dq}{R}$ - 总电势叠加:
圆环总电荷 $Q = 2\pi R \lambda$,所有电荷元的电势叠加得
$U_0 = \int dU = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \cdot \frac{Q}{R} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \cdot \frac{2\pi R \lambda}{R} = \frac{\lambda}{2\varepsilon_0}$