微元法研究均匀带电体的电场分布

以均匀无限长带电直线的电场分布为基础,运用微元法和叠加原理研究了无限大均匀带电平面和无限长均匀带电圆柱面在其周围电场分布情况。然后根据均匀带电圆环轴线上的电场分布,进一步讨论均匀圆柱面在其轴线上的电场和均匀带电球面在其周围产生的电场,所得结果与高斯定理完全符合。     

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.     

利用多边形逼近圆环的思想计算有限长均匀带电的偏轴圆筒在空间任一点的电场

根据有限长均匀带电线的电场强度解析公式以及叠加原理,用二重积分求解有限长均匀带电圆柱在空间(真空状态下)任一点的电场,借助计算机数值计算并模拟出有限长均匀带电的偏轴圆筒(即在大圆柱中挖去一个与之平行的非共轴的小圆柱空腔),在空间任一点的电场大小及方向.     

从平面角和立体角讨论静电场中的某些电场等价性

本文利用平面角的概念讨论了均匀带电的直线微元和圆弧微元在圆心处的场强等价性,并将结论推广到一些均匀带电的线几何体;然后利用立体角的概念进一步讨论带电的平面微元和球面微元在球心处的场强等价关系,结果表明,只有非均匀的电荷面密度才能使两者等价．     

点电荷场中的重力单摆及简谐振动

单摆是力学中的最基本模型,点电荷电场是电学中的最基本模型.将带电小球单摆置于点电荷电场中,带电小球既受到重力作用也受到点电荷电场的作用,由于点电荷电场是非均匀场,带电小球在重力的均匀场和点电荷的非均匀电场中摆动.本文讨论了带电小球做简谐振动的条件,发现在点电荷非均匀场中带电小球做小幅摆动仍可产生简谐运动,给出简谐振动的周期,并指出其等效场的意义.     

均匀带电细圆环的电场的一般分布

直接由电场强度的计算公式计算均匀带电细圆环在全空间的电场分布,绘制出电场量值的空间分布图,进而讨论均匀带电圆环平面内、中心轴线上和远区的电场．     

均匀带电细圆环电场的级数解

根据点电荷场强公式和电场叠加原理,导出了均匀带电细圆环电场的级数表达式,进而讨论了均匀带电细圆环平面内、中心轴线上和远区的电场.     

带电细圆环与导体球壳系统的场分布

先依电象法,推导均匀带电圆环在金属导体球壳内的"象电荷";再在球坐标系下,根据电场强度的计算公式与Tay-lor展开式,计算出均匀带电细圆环在全空间的电场分布的级数形式解;进而结合唯一性定理和电场的叠加原理,获得带电细圆环与导体球壳系统的空间场分布.     

均匀带电细棒和带电圆环电场的计算机模拟

为了可以更直观地观察带电粒子在复杂电场中的运动轨迹以及描述电场的空间分布,本文基于库仑定律和电场叠加原理,应用VPython软件,对均匀带电有限长细直棒和均匀带电圆环的电场的空间分布进行了可视化模拟;并模拟探究了带电粒子在带电圆环电场中的运动形式,对于简单的周期性运动,我们在理论上计算了带电粒子运动周期,并与模拟的结果相比较做了相关的讨论;模拟探究了带电粒子多种复杂的运动形式,预测了带电粒子在圆环电场中运动可能出现的混沌现象。     

探究均匀带电直线和圆弧产生电场的关系

利用微元法和对应性推证了均匀带电直线与均匀带电圆弧产生的电场等效; 利用微元法和对称性推 导了均匀带电圆弧在圆心的场强公式; 利用结论巧妙解答有关线性带电体的场强计算问题     

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.     

均匀带电细圆环电场的计算机模拟

用Matlab程序对均匀带电细圆环在空间激发的电场进行了计算机模拟,可以输出带电圆环附近任意一点的电场强度及电势,做出了过环心与圆环垂直的平面内的等势线,以及三维空间的等势面,实现了电场的可视化,便于形象地理解带电圆环激发电场的空间分布.     

均匀带电半球壳轴线上的电场的深入研究及应用

带电球壳是静电场研究中的一个基本模型,在高考乃至物理竞赛中都经常涉及相关问题.半球壳相对于完整的球壳而言,由于球体的不完整,导致了此类问题难度较大,往往需要使用填补法、等效法、对称性分析等技巧来研究,但这样的研究具有特殊性、局部性,将会导致对于均匀带电半球壳轴线上的电场缺乏全面准确的理解.本文将对均匀带电半球壳轴线上的电场进行严密推导,并应用结论对经常出现的相关问题进行解释.     

共轴均匀带电圆环间相互作用力的迭代计算

利用带电圆环电场的轴对称性,联合运用静电场的高斯定理和安培环路定理,以轴线上的场强值为初值,巧妙地导出了均匀带电圆环空间电场的无穷级数表达式,进而计算出了共轴均匀带电圆环之间的相互作用力.     

进行启发式的课堂练习, 加深物理概念的理解

由于教材内容多和课堂教学时间少的矛盾,在普通物理静电场部份的教学中,我们讲解用高斯定理计算电场强度E和电位移D时,只讲了平行板电场、均匀带电球面的电场,“无限长”均匀带电园柱面的电场等几种特例,不能做更多形式的电场的分析,学员往往不善于针对各种特殊情况作出相应的高斯面。此外,在电介质中的电场部份,由于主要分析了平行板电容器中与板面平行地插入一层或两层电介质的场强E、电位移D的情况,缺少对比教学的内容,学员容易笼统地形成一种在两种电介质中D是相等的E是不相等的错误印象,而这个结论的前提条件往往被忽略了(即这时介…     

任意三角形均匀带电线框的空间电势和空间电场计算

从均匀带电直线的电势出发,采取分段计算然后叠加的方法,首先导出均匀带电任意三角形线框的空间电势表达式,然后,利用电场强度与电势梯度的关系,进而导出了均匀带电任意三角形线框的空间电场表达式,并讨论了均匀带电正三角形线框和中心轴线上的特殊情况.     

关于《有限长带电导体直线的电荷分布》的商榷

本文指出了一篇文献中有限长带电直线导体的电荷分布线密度公式的错误,用多种方法证明了带电线段的电荷分布是均匀的.推导了均匀带电线段的等势线方程和电场方程,证明带电线段就是等势线,电场线与线段垂直.证明了线段外的电势满足三维拉普拉斯方程,从而证明均匀带电线段是导体.     

共轴均匀带电薄圆盘间的相互作用力

本文利用静电场的高斯定律和环路定律巧妙地求出了均匀带电圆盘在空间任一点所产生的电场 ,进而计算出了共轴均匀带电薄圆盘之间的相互作用力     

均匀带电矩形线圈的电势和电场计算

利用点电荷的电势和电势叠加原理, 得到了均匀带电矩形线圈空间电势分布的表达式; 再根据场强与 电势梯度的关系, 推导出均匀带电矩形线圈空间电场分布的表达式     

无限长均匀带电直线组电场分布的复势解法

给出无限长均匀带电直线的复势,接着讨论平行直线排列与平行环形排列两种情况下,无限长均匀带电直线组的复势与电场,并由此得出相应的电场线与等势线方程.