
- •Введение
- •I. Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон кулона. Электрическое поле
- •1.1. Теоретические основы
- •1.2. Примеры решения заданий для выполнения расчётно-графических работ
- •Решение
- •1.3. Задания для расчетно-графических работ Расчётно-графическая работа 1
- •Расчётно-графическая работа 2
- •II. Электрический диполь. Дипольный момент системы электрических зарядов
- •2 .1. Теоретические основы
- •2.2. Примеры решения заданий для выполнения расчётно-графических работ
- •Решение
- •Решение
- •2.3. Заданиея для расчетно-графических работ Расчётно-графическая работа 3
- •III. Вычисление полей с помощью теоремы гаусса
- •3.1. Теоретические основы
- •3.2. Примеры решения заданий для выполнения расчётно-графических работ
- •Решение
- •Р ешение
- •3.3. Задания для расчетно-графических работ Расчётно-графическая работа 4
- •Расчётно-графическая работа 5
- •IV. Электроёмкость. Конденсаторы
- •4.1. Теоретические основы
- •4.3. Задание для расчетно-графических работ Расчётно-графическая работа 6
- •V. Требования к содержанию отчёта и решению задач расчётно-графической работы
- •VI. Рекомендации к защите отчета по ргр
- •VII. Справочные таблицы
- •Основные величины, их обозначение и единицы величин в си
- •Производные единицы си, имеющие наименование
- •Производные единицы физических величин
- •VIII. Рекомендуемая учебно-методическая литература
- •Содержание
Р ешение
Выберем замкнутую сферическую поверхность с радиусом, равным R и центром в ядре (размерами ядра можно пренебречь). Из соображений симметрии во всех точках этой поверхности вектор напряженности электрического поля одинаков по модулю и перпендикулярен к поверхности (рис.13). Поэтому теорему Гаусса () для выбранной поверхности S запишем в виде
,
(3.13)
где Q - суммарный заряд, находящийся внутри выбранной сферы, т.е. положительный заряд ядра, равный е, и отрицательный заряд электронного «облака» Qобл. Этот заряд определим интегрированием плотности отрицательного заряда электронного «облака» по внутреннему объему выбранной сферы. Тогда
.
(3.14)
Учитывая сферическую симметрию, элемент объема dV можно представить в виде dV = 4r2dr. Тогда
(3.15)
Выбор метода вычисления студент определяет самостоятельно. Можно использовать метод интегрирования по частям или воспользоваться математическими справочниками. В результате получим
Используя
теорему Гаусса
,
и, учитывая, что интеграл в левой части
равен площади поверхности сферы S = 4R2
для
напряжённости поля получим
.
Вычисления
3,5∙1011
В/м.
Ответ: напряженность электрического поля на расстоянии R от ядра равна 3,5∙1011 В/м.
3.3. Задания для расчетно-графических работ Расчётно-графическая работа 4
Тема: вычисление полей с помощью теоремы Гаусса.
Формулировка задания.
Шар
(цилиндр, пластина) радиусом (толщиной)
R имеет
положительный заряд Q,
объемная
плотность которого
зависит от расстояния r
до его центра (до оси) по закону, указанному
в таблице 2, в соответствии с номером
варианта.
Определите:
-напряженность электрического поля на поверхности шара (сферы, цилиндра);
-напряженность электрического поля на расстоянии r = R/2 от центра (от оси);
-потенциал электрического поля в центре шара (на оси);
-разность потенциалов между поверхностью и центром шара (осью цилиндра).
Постройте график зависимости напряженности поля Е = Е(r) от расстояния до центра шара.
Таблица 2. Значения параметров по вариантам. (Варианты 1 – 10)
Номер Варианта |
Заряженное тело |
Закон |
0 |
R |
нКл/м3 |
м |
|||
1 |
шар |
(элементарный заряд е = 1,6∙10−19 Кл.) |
|
10−14 |
2 |
шар |
|
1 |
1 |
3 |
шар |
|
10 |
0,1 |
4 |
шар |
|
|
0,1 |
5 |
шар |
|
|
0,1 |
6 |
шар |
|
10 |
0,1 |
7 |
шар |
|
|
10-10 |
8 |
цилиндр |
|
10 |
0,1 |
9 |
цилиндр |
|
10 |
0,1 |
10 |
пластина |
|
10 |
0.02 |
Таблица 3 . Индивидуальные задания. Варианты 11 – 25
Вариант |
Задание |
11 |
Пространство
между двумя концентрическими сферами,
радиусы которых Rl = 10 см
и R2 = 20 см,
заряжено с объемной плотностью
|
12 |
Шар
радиусом R = 100 м
имеет заряд Q = 10 нКл,
однородно распределенный по его
объему. Шар окружает среда, имеющая
объемную плотность электрического
заряда, зависящую от расстояния r
до центра шара по закону
|
13 |
Шар,
имеющий положительный заряд Q = 1 нКл,
окружен симметрично отрицательным
зарядом с объемной плотностью
|
14 |
Пространство между двумя коаксиальными длинными цилиндрами заполнено электрическим зарядом с объемной плотностью, изменяющейся по закону , где b = 10 нКл/м. Радиусы цилиндров R1 = 1 см, R2 = 2 см. Определите разность потенциалов между цилиндрами.
|
15 |
Длинный
цилиндр радиусом R = 10 см
заряжен так, что объемная плотность
электрического заряда
изменяется с расстоянием r
от оси по закону
|
16 |
Длинный цилиндр радиусом R = 2 см несет заряд, равномерно распределенный по его объему с плотностью = 10 нКл/м3. Определите разность потенциалов между точками, отстоящими от оси цилиндра на расстояниях r1 = 1 см и r2 = 3 см. Постройте график зависимости напряженности от расстояния до оси цилиндра.
|
17 |
Длинная
нить имеет положительный заряд с
линейной плотностью = 10 нКл/м.
Радиус нити R = 1 мм.
Среда, окружающая нить, имеет объемную
плотность положительного заряда,
изменяющуюся в зависимости от
расстояния от оси нити r
по закону
|
18 |
Длинная
тонкая нить имеет положительный
заряд линейной плотностью = 10 нКл/м.
Среда, окружающая нить, имеет заряд
другого знака с объемной плотностью,
зависящей только от расстояния r
до нити по закону
|
19 |
Пространство
вблизи прямой длинной нити накала
электронной лампы заряжено отрицательным
зарядом с объемной плотностью
|
20 |
Пластина
толщиной d
= 2 см имеет
электрический заряд, распределенный
так, что его объемная плотность
зависит только от координаты
х,перпендикулярной
толщине пластины, по закону
|
21 |
Бесконечная
пластина толщиной d = 10 см
имеет заряд, объемная плотность
которого изменяется по закону
|
22 |
Тонкая
пластина равномерно заряжена так,
что на единицу площади ее поверхности
приходится заряд = 1 нКл/м2.
Среда вблизи пластины имеет заряд
другого знака с объемной плотностью,
зависящей от расстояния х
до пластины
по закону
|
23 |
Большая плоская пластина толщиной d = 4 см имеет положительный заряд, равномерно распределенный по объему с объемной плотностью = 10 нКл/м3. Определите разность потенциалов между поверхностью и точкой, находящейся внутри пластины на расстоянии b = 1 см от поверхности. Постройте график зависимости напряженности от расстояния до центра пластины. |
24 |
Пространство
между двумя параллельными бесконечными
плоскостями заполнено зарядом.
Расстояние между плоскостями d = 1 см.
Если принять, что координатная
плоскость (уz)
находится
посередине между плоскостями, то
объемную плотность электрического
заряда можно записать как функцию
|
25 |
Пространство
вблизи тонкой бесконечной плоской
незаряженной пластины имеет
электрический заряд, распределенный
симметрично пластине с объемной
плотностью
|