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。