例一:如圖所示,一導(dǎo)體球A帶有正電荷,當(dāng)只有它存在時(shí),它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的大小為EA,在A球球心與P點(diǎn)連線上有一帶負(fù)電的點(diǎn)電荷B,當(dāng)只有它存在時(shí),它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的大小為EB,當(dāng)A、B
\
同時(shí)存在時(shí),根據(jù)場強(qiáng)疊加原理,P點(diǎn)的場強(qiáng)大小應(yīng)為 ( )
A. EB
B. EA+EB
C. | EA-EB |
D. 以上說法都不對
分析與解:此題考查了求電場強(qiáng)度的幾個(gè)公式的適用條件,特別要注意公式F=kQq/r2只適用于點(diǎn)電荷,因?yàn)閷?dǎo)體球A不能視為點(diǎn)電荷,即引入電荷B后,導(dǎo)體球的電荷分布發(fā)生變化,所以P點(diǎn)的電場強(qiáng)度無法確定。
正確答案為:D
例二:半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電量為+Q的電荷,另一帶電量為+q的點(diǎn)電荷放在球心O上,由于對稱性,點(diǎn)電荷受力為零,現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r (r<< R)的一個(gè)小圓孔,則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受力的大小為 (已知靜電力恒量為k)
解法一:利用"補(bǔ)償法"求解。在球殼上挖一小圓孔,相當(dāng)于圓孔處放一等量異種電荷,電量為
\
,因?yàn)橥谌バ】浊笆芰ζ胶?,所以挖去后受力即為q′與q的庫侖力。即
\
,方向由球心指向小孔中心。
解法二:本題還可以等效為在挖去一小圓孔的關(guān)于球心對稱的另一側(cè)放一等量同種電荷q′,對球心處的q產(chǎn)生的電場力,因q′=r2Q/4R2,且它與q是同種電荷,所以
\
,方向仍由球心指向小孔中心。
點(diǎn)評:在求解電場強(qiáng)度時(shí),可將研究對象進(jìn)行分割或補(bǔ)償,從而使非理想化模型、非對稱體轉(zhuǎn)化為對稱體,達(dá)到簡化結(jié)構(gòu)的目的。
\
例三:如圖所示,均勻帶電圓環(huán)的帶電荷量為+Q,半徑為R,圓心為O,P為垂直于圓環(huán)平面的對稱軸上的一點(diǎn),OP=L,P點(diǎn)的場強(qiáng)為多少?
分析與解:本題可采用微元法,即在圓環(huán)
上取一小段△l,設(shè)圓環(huán)上電荷的分布密度為ρ,則該小段的帶電量△q=ρ×△l,
在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng):E= k△q/r2
而:r2=R2+L2,
P點(diǎn)處的場強(qiáng)又可分解為:
\
\
,
\
因?yàn)閳A環(huán)上電荷分布具有對稱性,所以Y軸方向的合電場為0。
\
同時(shí)存在時(shí),根據(jù)場強(qiáng)疊加原理,P點(diǎn)的場強(qiáng)大小應(yīng)為 ( )
A. EB
B. EA+EB
C. | EA-EB |
D. 以上說法都不對
分析與解:此題考查了求電場強(qiáng)度的幾個(gè)公式的適用條件,特別要注意公式F=kQq/r2只適用于點(diǎn)電荷,因?yàn)閷?dǎo)體球A不能視為點(diǎn)電荷,即引入電荷B后,導(dǎo)體球的電荷分布發(fā)生變化,所以P點(diǎn)的電場強(qiáng)度無法確定。
正確答案為:D
例二:半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電量為+Q的電荷,另一帶電量為+q的點(diǎn)電荷放在球心O上,由于對稱性,點(diǎn)電荷受力為零,現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r (r<< R)的一個(gè)小圓孔,則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受力的大小為 (已知靜電力恒量為k)
解法一:利用"補(bǔ)償法"求解。在球殼上挖一小圓孔,相當(dāng)于圓孔處放一等量異種電荷,電量為
\
,因?yàn)橥谌バ】浊笆芰ζ胶?,所以挖去后受力即為q′與q的庫侖力。即
\
,方向由球心指向小孔中心。
解法二:本題還可以等效為在挖去一小圓孔的關(guān)于球心對稱的另一側(cè)放一等量同種電荷q′,對球心處的q產(chǎn)生的電場力,因q′=r2Q/4R2,且它與q是同種電荷,所以
\
,方向仍由球心指向小孔中心。
點(diǎn)評:在求解電場強(qiáng)度時(shí),可將研究對象進(jìn)行分割或補(bǔ)償,從而使非理想化模型、非對稱體轉(zhuǎn)化為對稱體,達(dá)到簡化結(jié)構(gòu)的目的。
\
例三:如圖所示,均勻帶電圓環(huán)的帶電荷量為+Q,半徑為R,圓心為O,P為垂直于圓環(huán)平面的對稱軸上的一點(diǎn),OP=L,P點(diǎn)的場強(qiáng)為多少?
分析與解:本題可采用微元法,即在圓環(huán)
上取一小段△l,設(shè)圓環(huán)上電荷的分布密度為ρ,則該小段的帶電量△q=ρ×△l,
在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng):E= k△q/r2
而:r2=R2+L2,
P點(diǎn)處的場強(qiáng)又可分解為:
\
\
,
\
因?yàn)閳A環(huán)上電荷分布具有對稱性,所以Y軸方向的合電場為0。

