题目
一根无限长均匀带电直线(线电荷密度为lambda)周围的电场强度如何随距离r变化?A. 与 r成正比B. 与 r成反比C. 与 r^2成反比D. 与 r无关
一根无限长均匀带电直线(线电荷密度为$\lambda$)周围的电场强度如何随距离$r$变化?
A. 与 $r$成正比
B. 与 $r$成反比
C. 与 $r^2$成反比
D. 与 $r$无关
题目解答
答案
B. 与 $r$成反比
解析
步骤 1:应用高斯定理
高斯定理指出,通过任意闭合曲面的电通量等于该闭合曲面内所有电荷的代数和除以真空介电常数$\varepsilon_0$。对于无限长均匀带电直线,我们可以选择一个圆柱形高斯面,其轴与带电直线重合,半径为$r$,长度为$l$。
步骤 2:计算电通量
由于电场强度在圆柱面上各点的大小相等,方向垂直于圆柱面,因此通过圆柱面的电通量为$E \cdot 2\pi rl$,其中$E$是距离直线$r$处的电场强度。
步骤 3:计算高斯面内的电荷量
高斯面内的电荷量为$\lambda l$,其中$\lambda$是线电荷密度,$l$是圆柱的长度。
步骤 4:应用高斯定理
根据高斯定理,有$E \cdot 2\pi rl = \frac{\lambda l}{\varepsilon_0}$。由此可以解出电场强度$E = \frac{\lambda}{2\pi \varepsilon_0 r}$。
步骤 5:分析电场强度随距离$r$的变化
从上式可以看出,电场强度$E$与距离$r$成反比。
高斯定理指出,通过任意闭合曲面的电通量等于该闭合曲面内所有电荷的代数和除以真空介电常数$\varepsilon_0$。对于无限长均匀带电直线,我们可以选择一个圆柱形高斯面,其轴与带电直线重合,半径为$r$,长度为$l$。
步骤 2:计算电通量
由于电场强度在圆柱面上各点的大小相等,方向垂直于圆柱面,因此通过圆柱面的电通量为$E \cdot 2\pi rl$,其中$E$是距离直线$r$处的电场强度。
步骤 3:计算高斯面内的电荷量
高斯面内的电荷量为$\lambda l$,其中$\lambda$是线电荷密度,$l$是圆柱的长度。
步骤 4:应用高斯定理
根据高斯定理,有$E \cdot 2\pi rl = \frac{\lambda l}{\varepsilon_0}$。由此可以解出电场强度$E = \frac{\lambda}{2\pi \varepsilon_0 r}$。
步骤 5:分析电场强度随距离$r$的变化
从上式可以看出,电场强度$E$与距离$r$成反比。