有關(guān)勻強(qiáng)電場的簡單證明
? ? ? ?我們知道,無限大均勻帶電平面導(dǎo)體板所產(chǎn)生的電場是勻強(qiáng)電場,也就是其產(chǎn)生的電場與在電場中所處的位置無關(guān),只和導(dǎo)體板本身性質(zhì)相關(guān)。
? ? ? ?接下來將使用微積分給出有關(guān)勻強(qiáng)電場的簡單證明。
? ? ? ?注:該證明過程中的導(dǎo)體板均指無限大均勻帶電平面導(dǎo)體板

證明如下:
? ? ? ?首先,對點電荷產(chǎn)生的電場可用公式:
? ? ??
??其中? 為該點到點電荷的距離,
為場源電荷的電荷量
? ? ? ?我們設(shè)導(dǎo)體板的電荷面密度(單位面積所帶的電荷量)為???,此時任取空間內(nèi)(導(dǎo)體板平面外)一點?
?,其與導(dǎo)體板相距??
? ,將該點投影到導(dǎo)體板平面上,得到點?
?。以點?
?為原點,在導(dǎo)體板平面內(nèi)建立坐標(biāo)系?
,點?
?為該平面內(nèi)任意一點。


? ? ? ?如圖一所示,設(shè)有向線段???與有向線段?
?夾角為
?,有向線段?
與?
?軸夾角為?
,
? ? ? ?如圖二所示,考慮由??和
各取得微小增量?
和?
?所成的四邊形,不計高階無窮小,可將該四邊形看作長方形,其長寬分別為?
和?
?,于是得該點面積元素:
,
則 點??在?
?處產(chǎn)生的電場大?。ㄓ捎趯ΨQ性平行分量被抵消,此處只考慮垂直分量)為
,
將上式??消去,可得:
,
令??,同時有
,整理可得:
,
(其中?,
)
對上式兩邊同時積分,可得:
,
(其中)
最終可得.
? ? ? ?該式表明,無限大均勻帶電平面導(dǎo)體板產(chǎn)生的電場,與在該電場中所處位置無關(guān),只與導(dǎo)體板電荷面密度??有關(guān)。也就是說,在同一導(dǎo)體板產(chǎn)生的電場中,電場處處相同,大小為
,方向與板面垂直,即無限大均勻帶電平面導(dǎo)體板產(chǎn)生的電場為勻強(qiáng)電場。

一些結(jié)論:
在真空中,兩塊完全相同平行放置且?guī)в械攘慨惙N電荷的導(dǎo)體板,由場強(qiáng)疊加原理易得其產(chǎn)生的場強(qiáng)大小?
?,同樣為勻強(qiáng)電場。
在真空中,對平行板電容器,板間可看作勻強(qiáng)電場,有
.
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