题目
如图所示,一电荷线密度为λ的无限长带电直线垂直通过图面上的A点;一带有电荷Q的均匀带电球体,其球心处于O点.△AOP是边长为a的等边三角形.为了使P点处场强方向垂直于OP,则λ和Q的数量之间应满足 关系,且λ与Q为 号电荷.A-|||-λ-|||-a a
如图所示,一电荷线密度为λ的无限长带电直线垂直通过图面上的A点;一带有电荷Q的均匀带电球体,其球心处于O点.△AOP是边长为a的等边三角形.为了使P点处场强方向垂直于OP,则λ和Q的数量之间应满足 关系,且λ与Q为 号电荷.
题目解答
答案
Q=−aλ;异
解析
步骤 1:确定P点处的电场方向
为了使P点处的场强方向垂直于OP,需要考虑两个电荷源在P点产生的电场方向。无限长带电直线在P点产生的电场方向垂直于直线,而均匀带电球体在P点产生的电场方向沿OP方向。因此,为了使P点处的场强方向垂直于OP,无限长带电直线在P点产生的电场必须与均匀带电球体在P点产生的电场相互抵消。
步骤 2:计算无限长带电直线在P点产生的电场
无限长带电直线在P点产生的电场强度为E1 = λ/(2πε0a),其中ε0是真空介电常数,a是等边三角形的边长。
步骤 3:计算均匀带电球体在P点产生的电场
均匀带电球体在P点产生的电场强度为E2 = Q/(4πε0a^2)。由于P点在球体的外部,电场强度与球体的电荷量Q成正比,与距离的平方成反比。
步骤 4:使P点处的场强方向垂直于OP
为了使P点处的场强方向垂直于OP,需要使E1和E2相互抵消。因此,需要满足E1 = E2,即λ/(2πε0a) = Q/(4πε0a^2)。化简后得到λ = Q/(2a)。
步骤 5:确定λ和Q的符号
由于P点处的场强方向垂直于OP,无限长带电直线在P点产生的电场方向与均匀带电球体在P点产生的电场方向相反。因此,λ和Q的符号相反,即λ和Q为异号电荷。
为了使P点处的场强方向垂直于OP,需要考虑两个电荷源在P点产生的电场方向。无限长带电直线在P点产生的电场方向垂直于直线,而均匀带电球体在P点产生的电场方向沿OP方向。因此,为了使P点处的场强方向垂直于OP,无限长带电直线在P点产生的电场必须与均匀带电球体在P点产生的电场相互抵消。
步骤 2:计算无限长带电直线在P点产生的电场
无限长带电直线在P点产生的电场强度为E1 = λ/(2πε0a),其中ε0是真空介电常数,a是等边三角形的边长。
步骤 3:计算均匀带电球体在P点产生的电场
均匀带电球体在P点产生的电场强度为E2 = Q/(4πε0a^2)。由于P点在球体的外部,电场强度与球体的电荷量Q成正比,与距离的平方成反比。
步骤 4:使P点处的场强方向垂直于OP
为了使P点处的场强方向垂直于OP,需要使E1和E2相互抵消。因此,需要满足E1 = E2,即λ/(2πε0a) = Q/(4πε0a^2)。化简后得到λ = Q/(2a)。
步骤 5:确定λ和Q的符号
由于P点处的场强方向垂直于OP,无限长带电直线在P点产生的电场方向与均匀带电球体在P点产生的电场方向相反。因此,λ和Q的符号相反,即λ和Q为异号电荷。