球體刨去一個(gè)球問(wèn)題

\color{red}{圖一}

題目重現(xiàn):這是一個(gè)球 O_1,電荷密度為 \rho ,現(xiàn)在挖去一個(gè)半徑為 R_1 的球體 O_2 疹尾,球 O_1O_2 之間的距離為 D ,求 O_2 球體腔內(nèi)的任意一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)舍悯。
解:
設(shè):該球體由一個(gè)圓心O_1的帶正電密度+\rho的完整大球和圓心O_2帶負(fù)電密度-\rho的完整小球兩個(gè)對(duì)O_2內(nèi)的某點(diǎn)的電場(chǎng)矢量和

如圖:

\color{red}{圖二}


1.證明場(chǎng)強(qiáng)處處相等:

在球內(nèi)找一點(diǎn)p_2

如圖:

O_1 P=R,O_2 P=r
現(xiàn)在求大球?qū)?img class="math-inline" src="https://math.jianshu.com/math?formula=p_2" alt="p_2" mathimg="1">的場(chǎng)強(qiáng):
\vec{E_R}=\frac{\vec{R}\rho}{3\epsilon_0}
\vec{E_r}=\frac{\vec{r}\rho}{3\epsilon_0}
(可由高斯定理得出航棱,在此不予給出過(guò)程)

\vec{E_R}\vec{E_r}都是兩個(gè)球?qū)?img class="math-inline" src="https://math.jianshu.com/math?formula=p_2" alt="p_2" mathimg="1">點(diǎn)的單獨(dú)場(chǎng)強(qiáng)
現(xiàn)在將他們根據(jù)矢量三角形求和
得:\vec{E_和}=\frac{(\vec{R}+\vec{r} )\rho}{3\epsilon_0}=\frac{\vec{O_1 O_2}\cdot\rho}{3\epsilon_0}
\vec{E_和}O_2球內(nèi)是恒為定值的,故證出場(chǎng)強(qiáng)在O_2里處處相等
2.求特解:
\color{red}{圖一}
存在一點(diǎn)P_1則是選擇出的特殊點(diǎn)萌衬。
求兩個(gè)完整球?qū)?img class="math-inline" src="https://math.jianshu.com/math?formula=P_1" alt="P_1" mathimg="1">的場(chǎng)強(qiáng)和(在\color{red}{圖二}中)
大球:\oint E\cdot ds=\frac{Q_p}{\epsilon_0}
O_1 P_1=D-R_2
E_大\cdot 4\pi (D-R_2)^2=\frac{4\pi (D-R_2)^3\cdot \rho}{\epsilon_0}
最后得出E_大=\frac{\rho (D-R_2)}{3\epsilon_0}
小球:\oint E\cdot ds=\frac{Q_p}{\epsilon_0}
O_2P_1=R_2
E_小\cdot 4\pi R_2^2=\frac{4\pi R_2^3\cdot \rho}{3\epsilon_0}
最后得出E_小=\frac{\rho R_2}{3\epsilon_0}
則:E_和=\frac{\rho D}{3\epsilon_0}
得解:求出大球體刨除一個(gè)小球后空腔內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)為
E_和=\frac{\rho\cdot D}{3\epsilon_0}

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