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请问这道物理题 在O点的场强怎么积分,谢谢!

莱州黑子    2012-04-12    场强仪    浏览 399 次

精彩问答
人才能力开发 发布日期:2012-04-13
积分的思想就是把无限小的一段一段对于O点场强贡献都算出来,再相加。
这是个圆形问题,建议使用极坐标,用一个θ角标定圆环上面点的位置。则θ处于0到π/2时候是-Q那一段,处于π/2到π那一段是+Q。
下面我来详细分析一下,字数较多。可能楼主刚刚接触用微积分解决物理问题,不太适应。

①把圆弧分成一小段一小段,每段长度ds=a×dθ(因为θ要做积分变量,任何小量都要表示成θ的式子)。
②每一段带电量。四分之一圆弧的长度是L=πa/2这个比较好理解,带电Q,于是线电荷密度
λ=Q/L=2Q/πa,所以ds上面带电量的值是dq=adθ×2Q/πa=2Qdθ/π,符号在θ取[0,π/2]时候为正,另外(π/2,π]为负。
③这一步难一点。要有物理直觉,-Q那一段每一点在O产生的场强是吸引的,朝上方对着圆环;反之左边+Q肯定是排斥方向,指向圆心向下的。在-Q上面的一点A,必然能找到在+Q上面对应的A'点,使得它们场强y方向互相抵消,x方向相等。所以O的场强必然水平方向,向右(因为指着-Q而又反着+Q)。
那么就把每个dq产生的水平分量求出来就可以了。而且只用求-Q的,Z后乘以2就可以(由于上面说的对称性)。
④具体求解,就只考虑-Q那一段。在θ位置的dq产生的向右分量是
dE=kdqcosθ/a²=2kQcosθdθ/πa²
总场强是积分:∫(0到π/2)2kQcosθ/πa² dθ=2kQ/πa² ∫(0到π/2)cosθ dθ=2kQ/πa²
于是Z终答案是这个的两倍,向右且为E=4kQ/πa² 。(其中k表示库仑力里面那个系数,等于1/4πε[0])
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亨海酒房 发布日期:2012-04-13
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