電磁場06解答證明

2022-02-13 07:22:59 字數 1656 閱讀 5181

1. 兩點電荷位於軸上處,位於軸上處,求處的電場強度。

解電荷在處產生的電場為

電荷在處產生的電場為

故處的電場為

2. 兩平行無限長直線電流和,相距為,求每根導線單位長度受到的安培力。

解無限長直線電流產生的磁場為

直線電流每單位長度受到的安培力為

式中是由電流指向電流的單位向量。

同理可得,直線電流每單位長度受到的安培力為

3. 乙個半徑為的導體球帶電荷量為,當球體以均勻角速度繞乙個直徑旋轉,求球心處的磁感應強度。

解球面上的電荷面密度為

當球體以均勻角速度繞乙個直徑旋轉時,球面上位置向量點處的電流面密度為

將球面劃分為無數個寬度為的細圓環,則球面上任乙個寬度為細圓環的電流為

細圓環的半徑為,圓環平面到球心的距離,利用電流圓環的軸線上的磁場公式,則該細圓環電流在球心處產生的磁場為

故整個球面電流在球心處產生的磁場為

4. 半徑為的球體中充滿密度的體電荷,已知電位移分布為

其中為常數,試求電荷密度。

解由,有

故在區域

在區域5.乙個半徑為薄導體球殼內表面塗覆了一薄層絕緣膜,球內充滿總電荷量為為的體電荷,球殼上又另充有電荷量。已知球內部的電場為,設球內介質為真空。

計算(1) 球內的電荷分布;(2)球殼外表面的電荷面密度。

解 (1) 由高斯定理的微分形式可求得球內的電荷體密度為

(2)球體內的總電量為

球內電荷不僅在球殼內表面上感應電荷,而且在球殼外表面上還要感應電荷,所以球殼外表面上的總電荷為2,故球殼外表面上的電荷面密度為

6. 中心位於原點,邊長為的電介質立方體的極化強度向量為

。(1)計算面束縛電荷密度和體束縛電荷密度;(2)證明總的束縛電荷為零。

解 (1)

同理(2)

7. 一半徑為的介質球,介電常數為,其內均勻分布自由電荷,證明中心點的電位為

解由可得到

即故中心點的電位為

8. 乙個半徑為的介質球,介電常數為,球內的極化強度,其中為一常數。(1) 計算束縛電荷體密度和面密度;(2) 計算自由電荷密度;(3)計算球內、外的電場和電位分布。

解 (1)介質球內的束縛電荷體密度為

在的球面上,束縛電荷面密度為

(2)由於,所以

即由此可得到介質球內的自由電荷體密度為

總的自由電荷量

(3)介質球內、外的電場強度分別為

介質球內、外的電位分別為

9. 如圖所示為一長方形截面的導體槽,槽可視為無限長,其上有一塊與槽相絕緣的蓋板,槽的電位為零,上邊蓋板的電位為,求槽內的電位函式。

解根據題意,電位滿足的邊界條件為

① ②

③根據條件①和②,電位的通解應取為

由條件③,有

兩邊同乘以,並從0到對積分,得到

故得到槽內的電位分布

10. 兩平行無限大導體平面,距離為,其間有一極薄的導體片由到。上板和薄片保持電位,下板保持零電位,求板間電位的解。設在薄片平面上,從到,電位線性變化,。

2. 解應用疊加原理,設板間的電位為

其中,為不存在薄片的平行無限大導體平面間(電壓為)的電位,即;是兩個電位為零的平行導體板間有導體薄片時的電位,其邊界條件為

①②③根據條件①和②,可設的通解為

由條件③有

兩邊同乘以,並從0到對積分,得到故得到

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