高三物理靜電場平衡包括以下幾種:
1. 導體處于靜電平衡狀態(tài):內部場強處處為零,表面場強不連續(xù),表面場強方向指向表面,表面出現(xiàn)感應電荷。
2. 帶電體處于平衡狀態(tài):如果帶電體在電場中處于平衡狀態(tài),則它只受兩個力:引力與一個指向圓心的力。這時,這個指向圓心的力是庫侖力,而那個引力則是另一個物體對它的庫侖力(如果兩個物體相互吸引)或重力(如果這個物體是地球的一部分)。
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題目:
一個半徑為R的絕緣圓環(huán)上均勻分布著等量的負電荷,圓環(huán)的單位長度帶有電荷量為-λ的電荷,求圓心處的電場強度。
解答:
首先,根據(jù)高斯定理,可以求出圓環(huán)上任意一點處的電場強度。由于圓環(huán)上電荷均勻分布,所以圓環(huán)上任意一點的電場強度都可以用高斯定理求解。
假設圓環(huán)上任意一點為點P,取一個以P點為球心的半徑為r的小球面,由于電荷均勻分布,所以該小球的電通量為:
∮E·S=∮q·S
其中S為小球的法線方向上的單位面積,q為單位長度上的電荷量。由于電荷量為-λ,所以q=-λl=-λ/R×2πr=-2πr·λ/R。
因此,電通量為:
∮E·S=∮q·S=ε0·E·4πr·r/R^2=ε0·E·4πr^2/R^2
其中ε0為真空介電常數(shù)。
接下來,根據(jù)高斯定理,可以求出圓心處的電場強度。由于圓環(huán)對稱,所以圓心處的電場強度為零。但是,由于圓環(huán)上電荷均勻分布,所以圓環(huán)上任意一點處的電場強度都與該點到圓心的距離成反比。因此,圓心處的電場強度可以表示為:
E=k×(q/r^2)
其中k為靜電力常數(shù)。由于單位長度帶有電荷量為-λ,所以q=-λl=-λπR^2/R^3=-πR^4·λ/R^3。因此,圓心處的電場強度為:
E=k×(πR^4·λ/R^3)/(R^2)=k×π·R^2·λ/R=k×ε0·Q/r^2
其中Q為單位長度上的電荷量。
最后,根據(jù)庫侖定律和靜電力常數(shù)k的關系,可以求出圓心處的電場強度:
E=k×Q/(ε0×r^2)
其中Q=-πR^4·λ/R^3。因此,圓心處的電場強度為:
E=k×(-πR^4·λ/ε0×R^3)/(ε0×R)=-k×π·R^3·λ/ε0=k×ε0×(-πR^3/ε0)·λ/R^3=-k×ε0^2·π·r^3·λ/ε0^3=k×ε0^2·π^3·r^3·λ/ε0^3。
綜上所述,圓心處的電場強度為零。