问一物理电场——带电均匀直杆问题

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  • 在这里先用极限的思想来考虑一下,除了无限大带电体以外,有限电荷量的带电体当距离趋于无穷大时,无论什么形状的带电体均可以视为点电荷,这也是检验我们的结果的一个重要方法(比如在这里求出均匀带电直杆在某一点的电荷再让这个距离趋于无穷大,应该得到的是点电荷的电场表达式).一般来说在距离电荷源比较近的时候只有均匀带点球体或球壳的电场才能等效为处在其球心的点电荷,其他形状的则不能.但仍然可以利用对称性把问题简单化.

    具体到这里,把杆分成相等的两段的话,因为1/4处处于第二段的中点,所以第二段在这里产生的和场强为零(就好比两个等量同号电荷的中点的场强为零一样),剩下的问题是求解第一段在这里产生的场强,不妨设第一段带电直杆长度为L,沿着杆建立x坐标系,现在的问题是求解它在其延长线上距离它的中点距离为L点的场强(其坐标为1.5L).微分法的本质是电场的叠加原理.设这段杆带电量为Q,则单位长度的带电量为Q/L.令为λ

    dE=(1/4πε0)λdx/(1.5L-x)² (0≤x≤L)

    E=∫dE=Q/3πε0L².(这里用到了定积分知识)