组卷网 > 高中物理综合库 > 电磁学 > 静电场 > 电场能的性质 > 电势 > 点电荷周围电势的表达式与多个电荷的叠加
题型:解答题 难度:0.4 引用次数:1090 题号:10850228
可以证明,一个半径为R的均匀带电球体(或球壳)在球的外部产生的电场,与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同。而均匀带电薄球壳在内部任意点产生的电场强度为零,由以上信息结合叠加原理解决下列问题。已知静电力常量为k
(1)写出电场强度大小的定义式,并结合库仑定律求真空中点电荷Q产生电场中,距离该电荷r处场强大小;
(2)一半径为R、带正电荷Q且均匀分布的实心球体,以球心O为原点建立坐标轴Ox,如图甲所示。求Ox轴上电场强度大小E与坐标x的关系并在答题纸上定性作出函数图象;
(3)根据汤姆生的原子模型,我们可以把原子看成是一个半径为R=1010m的电中性的球体,正电荷均匀分布在整个球内,电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里。在粒子散射实验中,某粒子沿着原子边缘以速度v射向金原子,如图乙所示。不考虑电子对粒子的作用。为简单计,认为该粒子接近金原子时(即rR,图中两条平行虚线范围内)才受金原子中正电荷的静电作用,作用力为恒力,大小为F=Qq分别为金原子正电荷电量和粒子电量)、方向始终与入射方向垂直,作用时间的数量级为粒子的偏转角度。(k=9.0×109Nm2/C2,金原子序数79,α粒子动能约Ek=5MeV=81013J,电子电量e=1.6×1019C,保留1位有效数字)
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解题方法
【推荐1】如果场源是多个点电荷,电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和,电场中某点的电势为各个点电荷单独在该点产生电势的代数和.
若规定无限远处的电势为零,真空中点电荷周围某点的电势φ可表示为其中k为静电力常量,Q为点电荷的电荷量,r为该点到点电荷的距离.
(1)如图所示,MN是真空中两个电荷量均为+Q的固定点电荷,MN间的距离为dOCMN连线中垂线,°.已知静电力常量为k,规定无限远处的电势为零.求:
a.C点的电场强度
b.C点的电势.
(2)如图所示,一个半径为R、电荷量为+Q的均匀带电细圆环固定在真空中,环面水平.一质量为m、电荷量- q的带电液滴,从环心O正上方D点由静止开始下落.已知DO间的距离为,静电力常量为k,重力加速度为g.求液滴到达O点时速度v的大小.
               
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【推荐2】如图所示,竖直平面内的xOy坐标系中,x轴上固定一个电荷量大小为Q的点电荷,y轴上固定一根足够长的光滑绝缘细杆(细杆的下端刚好在坐标原点O处),将一个重力不计的带电圆环(可视为质点)套在杆上,由P处静止释放,圆环从O处离开细杆后恰好绕点电荷Q做半径为R的匀速圆周运动,匀速圆周运动的周期为TT的大小未知)。若规定无穷远处电势为零,点电荷产生的电势公式r为到点电荷的距离)。求:
(1)PO间距为多少?
(2)若将圆环从杆上的N处由静止释放,可使圆环从O处离开细杆后绕点电荷Q的运动周期变为,则NO间距为多少?
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