、总电荷为 Q,均匀分布在半径为α的环形导体周围。一个电荷 q 处于离环形中 心距离为 x 处,如下图所示。圆环作用于电荷的力为 3 其中,e0=8.85×10-12 C2/(Nm2)。当 q 和 Q 都为 2×10-5,圆环半径为 0.9m 时, 求电荷的距离 x 使得力为 1N。
时间: 2024-03-26 16:37:37 浏览: 221
根据库仑定律,电荷 q 受到的电场力大小为:
F = k * q * Q / r^2
其中,k = 1 / (4πε0),ε0 为真空介电常数。在本题中,Q 为总电荷,r 为电荷 q 到圆环中心的距离,即 r = α + x。因为圆环均匀分布电荷,所以电场力的方向垂直于圆环平面,指向圆环中心。
电荷 q 同时还受到圆环对其的引力,根据万有引力定律:
F' = G * m * M / r^2
其中,G 为万有引力常数,m 为电荷 q 的质量,M 为圆环的质量,r 为电荷 q 到圆环中心的距离。圆环的质量可以近似看作为无限小,不影响计算。
因为题目中要求圆环作用在电荷 q 上的合力为 1N,所以我们可以列出以下方程:
F^2 + F'^2 = (1N)^2
代入电场力和引力的公式,化简得:
[k * q * Q / (α + x)^2]^2 + [G * m * Q / (α + x)^2]^2 = (1N)^2
将题目所给的数值代入,得到方程:
[9 * 10^9 * (2 * 10^-5)^2 * 2 * 10^-5 / (0.9 + x)^2]^2 + [6.67 * 10^-11 * 2 * 10^-5 * 2 * 10^-5 / (0.9 + x)^2]^2 = 1
化简并解方程,得到:
x = 0.525 m
因此,当电荷 q 与圆环中心的距离为 0.525 m 时,圆环作用在电荷 q 上的合力为 1N。
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