用電像法求點電荷

2023-01-29 15:15:06 字數 619 閱讀 2438

用電像法求點電荷+q和接地的導體球間的相互作用力

題:在點電荷q的電場中放入乙個半徑為r的接地的導體球,從+q到該球平均發展速度的距離為,求導體球對點電荷q的作用力。

解題思路:因靜電感應在球面左側產生與+q異號的電荷,在球面上的分布是個複雜的問題,因而可看成無限多個點電荷的集合,利用庫侖定律和疊加原理,原則上我們可以求出這個力,但要借助於高等數學工具,利用庫侖定律和疊加原理。本身不是點電荷,一種可行的常用的方法是,在球內乙個點電荷,這個在球內外產生的電場(包括e向量和電勢),跟麵分布的產生的求全等效。

這個對q的作用力才可等效於導體球對q的作用力。

解:如下圖所示:由於的面分布有軸對稱性,肯定在qo連線上。因導體接地,所以與q在球面上各自貢獻的電勢合成必為零。在球面上任選一點p,為任意角,則:

設到o點的距離為a,根據餘弦定理:

代入()式變形化簡後可得:

(2)式對於球面上任意p點、任意角都必須成立,條件是要滿足下面的方程組:

由,代入(3)得:

解得:對應的因此導體球對q的吸引力等於對q的吸引力等於球面分布電的感應電荷對q的吸引力等於

本例求出的點電荷位於球內距離o點為a(