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物理中存在“通量”这个物理量,“通量”的定义要用到高等数学知识.在高中阶段,对“通量”的定义采用的是简单化处理方法并辅以形象化物理模型进行理解.(1)“磁通量”就是一种
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更新时间:2024-04-20
问题描述:

物理中存在“通量”这个物理量,“通量”的定义要用到高等数学知识.在高中阶段,对“通量”的定义采用的是简单化处理方法并辅以形象化物理模型进行理解.

(1)“磁通量”就是一种常见的“通量”.在高中阶段我们是这样来定义“磁通量”的:设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的平面,面积为S,我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量(图1),简称磁通.用字母ϕ表示,则ϕ=BS.磁通量可以形象地理解为穿过某一面积的磁感线条数的多少.如图2所示,空间存在水平向右的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一个面积为S的矩形线圈与竖直面间的夹角为θ,试求穿过该矩形线圈的磁通量ϕ.

(2)“电通量”也是一种常见的“通量”.在定义“电通量”时只需要把“磁通量”中的磁感应强度B替换为电场强度E即可.请同学们充分运用类比的方法解决以下问题.已知静电力常量为k.

a.如图3所示,空间存在正点电荷Q,以点电荷为球心作半径为R的球面,试求通过该球面的电通量ϕE1.

b.上述情况映射的是静电场中“高斯定理”,“高斯定理”可以从库仑定律出发得到严格证明.“高斯定理”可表述为:通过静电场中任一闭合曲面的电通量等于闭合曲面内所含电荷量Q与4πk的乘积,即ϕE=4πkQ,其中k为静电力常量.试根据“高斯定理”证明:一个半径为R的均匀带电球体(或球壳)在外部产生的电场,与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同,球外各点的电场强度也是E=kQr2(r>R),式中r是球心到该点的距离,Q为整个球体所带的电荷量.

贾二娜回答:
  (1)当面积为S的矩形线圈与竖直面间的夹角为θ时,线圈在磁场垂直方投影面积为Scosθ,磁通量:ϕ=B•S⊥=BScosθ   (2)a.根据点电荷的场强公式,求得球面上各处的电场强度大小为:E=kQR
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