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高中物理竞赛 电场竞赛自招内容讲解 电场强度叠加原理

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电 场 强 度 叠 加 原 理 1.点电荷的场强:电荷 Q,空间 r 处 ? ? F Q ?0 E= ? r q 4?? 0 r 2 2.点电荷系: 在点电荷系 Q1,Q2,…,Qn 的电场中,在 P 点放一试验电荷 q0,根据库仑力的叠加原理,可 知试验电荷受到的作用力为 F ? ? ? F ,因而 P 点的电场强度为 i ? ? ? F E= ? q 即 ? F

? i q ? ? Fi ? ? ? ? Ei q ? ? ? Qi r E=? Ei=? 4?? 0 r 3 点电荷系电场中某点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点的场强的矢量和。这就是电场强度的 叠加原理。 3.连续分布电荷激发的场强 将带电区域分成许多电荷元 dq,则 ? ? E=? dE ? ? dq ? 0 r 4?? 0 r 2 其中,对于电荷体分布,dq=ρ dv, E= ? ??? 4?? v 0 ?dv ? 0 0 r2 r 对于电荷面分布,dq=σ ds, E= ? ?? 4?? s 0 ?ds ? 0 r2 r 对于电荷线分布,dq=λ dl, E= ? ? 4?? l ?dl ? 0 r2 r 其中体密度 ?=lim ?V ? 0 ?Q dQ ? ?V dV ?Q dQ ? ?S dS ?Q dQ ? ?l dl 单位 C/m3; 面密度 ?=lim 单位 C/m2; ?S ?0 线密度 ?=lim ?l ?0 单位 C/m。 五、 电场强度的计算: ? ? ? Qi r 1.离散型的: E=? Ei=? 4?? 0 r 3 2.连续型的: E= dE ? ? ? ? ? 4?? dq ? 0 r 2 r 0 空间各点的电场强度完全取决于电荷在空间的分布情况。如果给定电荷的分布,原则上就可以 计算出任意点的电场强度。计算的方法是利用点电荷在其周围激发场强的表达式与场强叠加原理。 计算的步骤大致如下: ? 任取电荷元 dq,写出 dq 在待求点的场强的表达式; ? 选取适当的坐标系,将场强的表达式分解为标量表示式; ? 进行积分计算; ? 写出总的电场强度的矢量表达式,或求出电场强度的大小和方向; ? 在计算过程中,要根据对称性来简化计算过程。 例1. 电偶极子(Electric Dipole)的场强。 1. 几个概念: (1)两个电量相等、符合相反、相距为 l 的点电荷+q 和-q,若场点到这两个电荷的距离比 l 大得多 时,这两个点电荷系称为电偶极子。 ? (2)从-q 指向+q 的矢量 l 称为电偶极子的轴。 (3) p ? ql 称为电偶极子的电偶极矩 2. 电偶极子的电场强度 (1)电偶极子轴线延长线上一点的电场强度 如图所示,取电偶极子轴线的中点为坐标原点 O,沿极轴的延长线为 Ox 轴,轴上任意点 A 距 原点的距离为 x,则正负电荷在点 A 产生的场强为 ? ? ? E? ? 4?? 0 ? x ? l / 2?2 1 q ? i ? ? 1 q E? ? ? i 2 4?? 0 ? x ? l / 2? 由叠加原理可知点 A 的总场强为 ? ? ? E=E ?+E- ? ?? 1 ? q q q - i= ? 2 2 ? 4?? 0 ? ? x ? l / 2? ?x+l / 2? ? 4?? 0 ? 2 xl ? 2 2 ? ? x ?l /4 ? ? ?? i 2 ? ? ? 2 2 2 当 x>>l 时, x ?