有三个完全一样的金属小球A、B、C,A带电量7Q,B带电量-Q,C不带电,将A、B固定,相距r,然后让C球反复与A、B球多次接触,最后移去C球,试问A、B两球间的相互作用力变为原来的多少倍?
分析与解:题中所说C与A、B反复接触之间隐含一个解题条件,即A、B原先所带电量的总和最后在三个相同的小球间均分,则A、B两球后来带的电量均为=2Q。
A、B球原先是引力,大小为:F=
A、B球后来是斥力,大小为:
即,A、B间的相互作用力减为原来的4/7。
如图所示,用长为的金属丝弯成半径为r的圆弧,但在A、B之间留有宽度为d的间隙,且,将电量为Q的正电荷均匀分布于金属丝上,求圆心处的电场强度。
分析与解:中学物理只讲到有关点电荷场强的计算公式和匀强电场场强的计算方法,本问题是求一个不规则带电体所产生的场强,没有现成公式直接可用,需变换思维角度。假设将这个圆环缺口补上,并且已补缺部分的电荷密度与原有缺口的环体上的电荷密度一样,这样就形成一个电荷均匀分布的完整带电环,环上处于同一直径两端的微小部分所带电荷可视为两个相对应的点电荷,它们在圆心O处产生的电场叠加后合场强为零。根据对称性可知,带电圆环在圆心O处的总场强E=0。至于补上的带电小段,由题给条件可视做点电荷,它在圆心O处的场强E1是可求的。若题中待求场强为E2,则。设原缺口环所带电荷的线密度为,则补上的那一小段金属线的带电量在O处的场强为,由可得
,负号表示与反向,背向圆心向左。
如图所示,均匀带电圆环所带电荷量为Q,半径为R,圆心为O,P为垂直于圆环平面的对称轴上的一点,OP=L,试求P点的场强。
分析与解:设想将圆环等分为n个小段,当n相当大时,每一小段都可以看做点电荷。其所带电荷量为,由点电荷场强公式可求得每一点电荷在P处的场强为:
由对称性可知,各小段带电环在P处的场强E的垂直于轴向的分量相互抵消,而E的轴向分量之和即为带电环在P处的场强。
。
如图3所示,是匀强电场中的三点,并构成一等边三角形,每边长为,将一带电量的电荷从a点移到b点,电场力做功;若将同一点电荷从a点移到c点,电场力做功W2=6×10-6J,试求匀强电场的电场强度E。
分析与解:因为
,所以。
将cb分成三等份,每一等份的电势差为3V,如图3所示,连接ad,并从c点依次作ad的平行线,得到各等势线,作等势线的垂线ce,场强方向由c指向e,
所以 , 因为,
如图8所示,在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和-Q的点电荷。① 将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置,可以使它在电场力作用下保持静止?② 若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止,那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷?电荷量是多大?
析与解:① 先判定第三个点电荷所在的区间:只能在B点的右侧;再由,F、k、q相同时∴rA∶rB=2∶1,即C在AB延长线上,且AB=BC。
② C处的点电荷肯定在电场力作用下平衡了;只要A、B两个点电荷中的一个处于平衡,另一个必然也平衡。由,F、k、QA相同,Q∝r2,
∴ QC∶QB=4∶1,而且必须是正电荷。所以C点处引入的点电荷QC= +4Q。
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