余弦分布球面电荷的电场

用电场的迭加原理及等效变换法则，可给出真空中具有余弦分布球面电荷的电场公式． 若在匀强电场的无限大介质中引入另一均质介质球（包括挖成一个球形空腔），或引入一个导体球，则球面上的束缚电荷或自由电荷均属于余弦型分布．运用静电场边值条件（Ｄ１ｎ＝Ｄ２ｎ），可决定相应的电荷面密度的最大值σ０；从而求出相应情况下的电场分布．     

等效思想在静电学中的一个应用

本文利用均匀极化的电介质球周围的电场与自由的余弦型球面电荷周围的电场完全等效这一思想,证明了带有余弦型球面电荷分布的电介质球壳发生均匀形变时,其内部的电场始终保持为方向恒定的均匀场,并进一步求出了带电球壳内电场强度和形变之间的关系.     

避开矢量分析推导电场能量密度公式

在讨论静电能问题时,大多数教科书都详细地推导了带电体系的静电能公式,对于能量定域于电场的观点,相比之下显得轻描淡写.究其原因,大概是推导能量密度公式涉及矢量分析.本文介绍一种避开矢量分析推导能量密度公式的方法,意在强化能量定域于电场的观点,强化对静电场基本规律的认识. 我们知道,点电荷系的静电能是一个表面电荷密度为σ、电位为U的带电导体,可以看成无限多个点电荷的带电体系,其静电能是表面电荷密度分别为σ1、σ2、…、σN,电位分别为 U1、U2、…、UN的导体系的总能量则为 按照能量定域于电场的观点,建立带电体系的过程就…     

半球面上的电荷量有多大?

在球坐标下,带电上下半球面保持固定相反电势,所产生的全空间电势表达式是含有勒让德函数的无穷求和.给出了半球面上的电荷密度并计算了半球面上的电荷量.计算发现,这个电荷量是无穷大.     

运动电荷的电/磁场高斯定理的直接验证

尽管麦氏方程组的张量协变形式已然揭示了高斯定理的相对论协变性,但在大学物理的教学中仍然缺乏对运动电荷的高斯定理的切身体会与直接验证.本文首先运用电磁场张量变换的方法推导出运动电荷的电场与磁场强度,再运用积分及矢量运算的若干技巧,直接而简单地验证了高斯定理对于运动电荷的电场与磁场仍然满足,从而直接验证了电场与磁场的高斯定...     

均匀带电半球面球心场强的简便计算

半径为r均匀带电电荷面密度为σ的半球面,球心处电场强度的计算．一般用面积积分法,数学要求较高．本文介绍简化的导数法．     

带电导体系的电场能量

为清晰、透彻地理解静电学中涉及的各种能量的基本概念,本文从场的观点和电荷的观点分析讨论了该问题,并选择了几个熟悉的例子来说明本文认识的合理性.依照场的观点,真空中两个体积足够小的电荷的静电场能量密度为:1/2ε0E21+1/2ε0E22+ε0E1·E2.其中,1/2ε0E21和1/2ε0E22分别为两个电荷单独存在时的电场能量密度,而交叉项ε0E1·E2则为两个电荷电场的相互作用能量密度;它们的空间积分分别为两个电荷单独存在时的静电场能量和两个电荷电场之间的相互作用能量.而从电荷观点出发,此3个静电场的能量分别为两个电荷的固有能和彼此之间的静电相互作用势能.推广到有限体积的孤立带电导体以及带电导体系的情形,可知孤立带电导体的固有能就是其上所有无限小电荷元间的相互作用势能之和,而带电导体系的电场能也就是体系所包含的所有电荷元间的相互作用势能的总和.     

用GeoGebra软件工具绘制三维连续变化电场的等势面

GeoGebra是一款优秀的软件,该软件和高中物理教与学相融合,能优化教学方式,提高教学效益.文中举例说明GeoGebra在电场教学中的应用,首先介绍用GeoGebra绘制电场中等势面的方法,该课件能获得"等高线"形式的电场三维图景;绘制出两个电荷连线上的电势分布图线;绘制出两个电荷所在平面的等势面.所绘制的等势面可以做动态变化,能够随着两个电荷电荷量比的连续变化而变化,把点电荷、同种电荷、异种电荷的电场和等势面统一起来.绘制的等势面很精细,可以利用所绘制的图形进行电势相关问题的半定量分析,比如,等量同种电荷周围电势的变化问题.     

基于特征基函数的球面共形微带天线阵列分析

采用全波分析法对球面共形微带天线阵列进行了分析.相比体-面积分方程,采用球并矢格林函数的面积分方程法可以大幅减少未知量的数目,进而缓解计算机内存压力.微带天线阵列表面采用曲面三角形剖分,可较精确地模拟球面特性.首先,引入边界电荷以及半Rao-Wilton-Glisson基函数,成功实现了探针馈电,并采用镜像法解决了馈电边处线积分奇异问题.然后,采用特征基函数法降低了阻抗矩阵的阶数,并采取有效措施进一步节省内存和计算时间.最后,分析计算了不同尺寸的球面共形微带天线阵列的输入阻抗及远区场特性.与文献和仿真软件结果进行比较,证明了所提出的处理方法的正确性和有效性.     

线电荷与介质圆柱所形成的电场

在线电荷电场的电势调和展开式的基础上,得出线电荷电场内存在介质圆柱时电势的级数解.并以此来分析长直线电荷与介质圆柱所形成的电场的电像,从而给出电势与电像有关的解析表达式,进一步得出等势线(面)与电场线方程,并利用软件MATLAB绘制出电场线和等势线图予以验证.     

对静电场中导体表面的电场强度的研究

在研究导体在外电场中感应产生感应电荷达到静电平衡状态时，导体表面的电荷分布与表面曲率和外电场分布情况有关，然而导体表面上的电场强度究竟由什么决定?是同导体内的电场强度即为零还是等于导体外周围附近的电场强度即为σ/ε0？还是既不等于零也不等于σ/ε0，而是由其他因素决定。     

介质层充电对光栅光调制器驱动的影响

利用高斯定理分析了二氧化硅层中存在电荷时,光栅光调制器中的空间电场分布,得到了光栅光调制器在介质层存贮电荷影响下的静电力公式. 分析了调制器中二氧化硅介质的充电和放电机理,得到了光栅的位移随介质充放电的变化关系. 通过分析指出当驱动电压的周期和介质的充放电时间常数相近的时候,介质层中存贮的电荷会使得可动光栅被下拉后发生缓慢的回跳. 电压被撤消后,光栅会受到存贮电荷所产生电场的作用而被下拉. 当驱动电压的周期远小于介质的充放电时间常数的时候,随着存贮电荷的增加,光栅在有外加电场时被下拉的距离和外加电场为零时被下拉的距离逐渐相等,光调制器输出光的光强变化逐渐减弱,当存贮电荷产生的电场为外加电场的一半时,器件完全失效. 通过实验对理论分析的结果进行了验证,实验结果和理论分析一致. 文章最后提出了一种消除介质层所存贮的电荷的方法,通过实验证明了这种方法的可行性. 关键词： 微机电系统 光栅光调制器 介质层充电     

共轴平行圆盘的电容系数

由泊松方程和边界条件,给出了共轴平行不同大小圆盘的电势含两个待定函数的积分表达式.电势在圆盘上为定值,电场在圆盘外所在平面上连续,由此得到两个待定函数的偶合积分方程.利用数值积分中的Gauss-Lobatto公式,得到了圆盘上电荷数值表达式.两个圆盘上的电荷与圆盘电势成线性关系,其系数矩阵为电容系数矩阵.给出了电容系数和圆盘半径与圆盘间距比值得等高线图.     

浅论均匀带电球冠和相切平面的电场等价性

大学物理中不同带电体的电场等价性,能够较好地训练物理学习者的分析和解决复杂实际问题的逻辑思维,从而提高物理知识的具体应用能力.本文首先讨论了均匀带电球冠面和与之相切的均匀带电平面在球面北极点的电场等价性,然后证明了均匀带电圆弧和与之相切的均匀带电直线在圆环顶点处的场强是不等价的,并且指出只有引入随角度变化的电荷线密度才...     

北京谱仪中心漂移室45°模型性能的束流测试结果

本文描述利用日本KEK 12GeV质子同步加速器K2试验束测量北京谱仪(BES)中心漂移室45°模型性能的主要结果.单丝空间分辨率σ_x可达160μm.电荷分配定位积分非线性小于0.5%,当输出电荷量为1.4±0.2pC时,z向分辨率可达2.3%.     

带电粒子在四电荷系统内的运动模型及其应用

: 以对称分布的四电荷系统为例, 研究任意带电粒子在对称的电场分布内的运动性质, 借助椭圆函数和 积分的方法分别推导出粒子的运动学方程, 探讨了该类运动模型在求解物理问题时的应用.     

瓣形均匀带电面和均匀带电体在其球心处的电场

在大学物理课程电磁学部分的教学中,经常会利用高斯定理研究均匀带电球面、均匀带电球体等电荷分布具有高度对称性的带电体的电场分布.对于这些均匀带电球面、均匀带电球体的一部分,比如瓣形均匀带电面和瓣形均匀带电体,利用高斯定理不能求出其电场分布,但是可以利用点电荷的电场强度公式加电场叠加原理的方法研究在一些特殊位置的电场.本文推导出了瓣形均匀带电面和瓣形均匀带电体在特殊点球心处的电场,并且进一步讨论了均匀带电半球面、球面、半球体和球体在球心处的电场.     

例谈电场中的五个“容易忽略”

要更好地掌握电场的知识点并加以应用,必需抓住电场中几个容易忽略的问题,如电荷的性质、电场的方向、电荷进入电场的时刻、电荷运动的往复性、受力大小的不确定性等等.     

关于均匀带电球面上电场强度的求解

由于均匀带电球面上的电场强度无法用高斯定理求出,现行大部分大学物理基础教材在讨论均匀带电球面产生的场强分布时,只用高斯定理求出了该带电系统内外空间电场的分布,并没有给出球面上场强的计算方法,只是指出在球面上场强值不连续.文章利用叠加原理和电容器能量的变化两种方法分别导出了均匀带电球面上任一点的场强值,验证了均匀带电球面的场强是不连续的,两种方法思路截然不同,但得到的结果完全相同,该结果使得高斯定理求出的均匀带电球面在空间电场分布的结论更加完整.     

双辉光放电静电场数值模拟及场分布边角效应分析

根据双辉光放电3个电极极板上的电势,利用边界元积分方程建立以面电荷密度为未知量的离散方程,通过求解线性方程组计算3个电极极板上面电荷的不均匀分布.由极板上的不均匀面电荷分布计算在真空状态下空间任意一点的电势和电场的空间分布,利用数值解对真空状态下双辉光离子渗金属实验装置场分布边角效应进行了分析.