四川大学物理习题册第五章解答2

er
r R,
E

Cr 2
4 0
er
r R,
CR4
E 40r 2 er
3）
p

P
E
dl




r R

r
CR 4
CR 4
40r 2 dr 40r
Cr 2
CR4
4 0
dr
R
o
d
7．图示为一边长均为a的等边三角形，其三个顶点分别放置着电荷为q、2q、3q的 三个正点电荷，若将一电荷为Q的正点电荷从无穷远处移至三角形的中心O处，则外力 需作功A＝__________．
由电势的叠加原理有，
o
1
2
3

q
2q 3q
4 0d

4
6q 0 a
二、填空题
1．如图，一半径为R的带有一缺口的细圆环，缺口长度为d（d<<R）．环上均匀带
正电，总电量为q．则圆心O处的场强大小E＝
．场强方向为
．
指向缺口
E 缺环 E 整环 E 缺口 0 E 缺口 E 缺口
E缺口

d 4 0R2

2
q
R

d


d
4 0
R
2

qd
8 2 0R3
y E
Rdq
dE
0

sinq cosq i sin2 q j dq
4 0R 0


R
sinq cosqdq 0, sin2 qdq 2
q
0
0
dE O
xபைடு நூலகம்
E 0 j
3-2 题图
8 0 R
2. 如图，一无限长圆柱面，其面电荷密度为s=s0cosa，式中a为半径R与x轴所夹的角， 试求圆柱轴线上一点的场强．
解: 无限长圆柱面可以分为很多无限长条形面元，由高斯定理有
2Rh dE s h Rda dE sda s 0 cosada
0
2 0
2 0
da
dE
Ex
dEx
dE
cosa

2

s
0
cos2
ada
0 2 0
s0 2 0
Ey
3 3q
3 2 0a
3q
Ae

o
Q

E
dl

Qo


3 3Qq
2 0a

Aex
a
a
O
q
a
2q
8．空间某一区域的电势分布为=Ax2+By2，其中A、B为常数，则场强分布为
Ex=
，Ey=
.
U Ex x 2Ax
Ey
U y
2By
三、计算题
解:
R
R
1） Q rdV r4r2dr 4Cr3dr CR4
0
0
2） r≤R时:
r
Cr 4r 2dr
E 4r 2 0 0

E

Cr 2
4 0
er
r>R时:
R
E 4r 2 Cr 4r 2dr
0
0
E

CR 4
40r 2
一、选择题
√1．有一边长为a的正方形平面，在其中垂线上距中心O点 a/2处，有一电荷为q的正点电荷，如图所示，则通过该平面的电场强度通量为
(A) q
3 0
q
(B)
4 0
q
(C)
6 0
以点电荷为中心构建一立方体，正方形为其一底面。
由高斯定理知，通过立方体6个底面组成的高斯面的电通量为
q
(D)
3 0
dEy
dE
sin a

2

s
0
sin
2ada
0 4 0
0
E

Ex i

Ey
j


s0 2 0
i
3. 一半径为R的带电球体，其电荷体密度分布为 r= Cr (r≤R,C为常量）r= 0 (r>R)
试求：(1) 带电球体的总电荷； (2) 球内、外各点的电场强度； (3) 球内、外各点的 电势.
a
E d S 6s q 0 a O a/2 q
2．在一个带有负电荷的均匀带电球外，放置一电偶极子，其电矩 的方向如图所 示．当电偶极子被释放后，该电偶极子将
(A) 沿逆时针方向旋转直到电矩 p 沿径向指向球面而停止． (B)沿逆时针方向旋转至 p 沿径向指向球面，同时沿电场线方向向着球面移动． (C) 沿逆时针方向旋转至 p 沿径向指向球面，同时逆电场线方向远离球面移动． (D) 沿顺时针方向旋转至 p 沿径向朝 外，同时沿电场线方向向着球面移动．
根据这个图作出下列几点结论，其中哪点是正确的？
(A) 电场强度EM＜EN． (C) 电势能WM＜WN．
(B) 电势M＜N． (D) 电场力的功A＞0．
电场线密处,电场强度大.
电场线由高电位指向低电位.
-q
EM EN ,
M N ,
MN 0 M
N
Wp q p A qMN 0 1-2 题图
S面上各点场强与两带电体均有关.
S
r A +q
B -q
4. 如图，CDEF为一矩形，边长分别为l和2l．在DC延长线上CA=l处的A点有点电荷 +q，在CF的中点B点有点电荷-q，若使单位正电荷从C点沿CDEF路径运动到F点,则 电场力所作的功等于：
(A)
q 5 1
4 0l 5 l
(C)
q 3 1
4 0l 3
(B) q 1 5
4 0l 5 (D) q 5 1
4 0l 5
D l
C l -q
B l A +q
E lF
A
qCF
CF
C
F


qq
4 0l



q
4 0l

1-1q题图
4 0 5l

5．已知某电场的电场线分布情况如图所示．现观察到一负电荷从M点移到N点．有人
+
- p
3. 如图，A和B为两个均匀带电球体，A带电荷+q，B带电荷-q，作一与A同心的球
面S为高斯面．则
(A) 通过S面的电场强度通量为零，S面上各点的场强为零。
(B) 通过S面的电场强度通量为q/0，S面上场强的大小为E=q/(40r2)． (C) 通过S面的电场强度通量为(-q/0)，S面上场强的大小为E=q/(40r2)． (D) 通过S面的电场强度通量为q/0，但S面上各点的场强不能直接由高斯定理 求出．
1. 如图,带电细线弯成半径为R的半圆形，电荷线密度为=0sinq，
式中0为一常数，q为半径R与x轴所成的夹角．试求环心O处的电场强度．
解: 在细线取一线段元,由点电荷的场强公式有
d
E

dq
4 0R2
er

0
sinq Rdq 4 0R2
cosq i sinq j