1)根据电场的高斯定理,电场强度与电势的关系为:
$$\vec{E}=-\nabla V$$
其中$\nabla$表示梯度算子,$V$表示电势。在本题中,由于电容器是平行板电容器,因此电场强度的方向垂直于两块金属板,并且大小恒定为:
$$E=\frac{U_0}{d}$$
根据电场强度与电势的关系,可以得到:
$$\frac{\partial V}{\partial z}=-\frac{U_0}{d}$$
对上式积分,可得:
$$V(z)=V(0)-\frac{U_0}{d}z$$
其中$V(0)$表示一块金属板的电位,即$V(0)=0$。因此,电容器内的电位分布为:
$$V(z)=-\frac{U_0}{d}z$$
2)根据高斯定理,电容器内部的电荷密度为:
$$\rho=-\epsilon_0\nabla\cdot\vec{E}$$
由于电场强度大小恒定,因此电荷密度也是恒定的。设每块金属板上的电荷密度分别为$\sigma_1$和$\sigma_2$,则有:
$$\rho=\frac{\sigma_1+\sigma_2}{2\epsilon_0}$$
根据电容器的定义,两块金属板上的电荷量相等且大小为$Q$,因此有:
$$\sigma_1=-\sigma_2=\frac{Q}{A}$$
其中$A$表示金属板的面积。将上式代入$\rho$的表达式中,可得:
$$\rho=\frac{Q}{2A\epsilon_0}$$
每块金属板上的电荷量为: