题目
设有一平面薄板(不计其厚度),占有xOy平面上的闭区域D,薄板上分布着面密度为mu=mu(x,y)的电荷,且mu(x,y)在D上连续,则该板上的全部电荷Q可表示为()。 A. int_(D)mu(x,y)dsigmaB. lim_(lambdatoinfty)sum_(i=1)^nmu(xi_i,eta_i)Deltasigma_i,其中lambda是各Deltasigma_i中的最大直径C. int_(D)mu'(x,y)dsigmaD. lim_(lambdato0)sum_(i=1)^nnmu(xi_i,eta_i)Deltasigma_i,其中lambda是各Deltasigma_i中的最大直径
设有一平面薄板(不计其厚度),占有$xOy$平面上的闭区域$D$,薄板上分布着面密度为$\mu=\mu(x,y)$的电荷,且$\mu(x,y)$在$D$上连续,则该板上的全部电荷$Q$可表示为()。
- A. $\int_{D}\mu(x,y)d\sigma$
- B. $\lim_{\lambda\to\infty}\sum_{i=1}^{n}\mu(\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i$,其中$\lambda$是各$\Delta\sigma_i$中的最大直径
- C. $\int_{D}\mu'(x,y)d\sigma$
- D. $\lim_{\lambda\to0}\sum_{i=1}^{n}n\mu(\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i$,其中$\lambda$是各$\Delta\sigma_i$中的最大直径
题目解答
答案
根据二重积分的定义,平面薄板上的总电荷 $ Q $ 可表示为面密度 $ \mu(x, y) $ 在区域 $ D $ 上的积分,即:
\[ Q = \iint\limits_{D} \mu(x, y) \, d\sigma \]
选项分析:
- **A**:符合二重积分定义,正确。
- **B**:分割直径趋于无穷大,与定义不符,错误。
- **C**:面密度符号错误,错误。
- **D**:包含无关的 $ n $,错误。
答案:$\boxed{A}$。
解析
考查要点:本题主要考查二重积分的实际应用,特别是利用二重积分计算平面薄板上分布的电荷总量。关键在于理解二重积分的物理意义以及积分定义的极限形式。
解题核心思路:
- 总电荷的定义:将薄板分割为无数小区域,每个小区域的电荷近似为面密度乘以面积,总电荷是这些小电荷的和的极限。
- 二重积分的定义:当分割无限加密(最大直径$\lambda \to 0$)时,求和的极限即为二重积分。
- 选项辨析:需注意积分表达式的形式、极限条件以及是否存在多余因子。
破题关键点:
- 选项A直接对应二重积分的标准形式,正确。
- 选项B的极限条件错误($\lambda \to \infty$不符合定义)。
- 选项C面密度符号错误($\mu'$应为$\mu$)。
- 选项D中多余的$n$因子导致表达式错误。
选项分析
选项A
$\displaystyle \int_{D}\mu(x,y)d\sigma$
- 正确性:符合二重积分的定义,总电荷$Q$是面密度$\mu(x,y)$在区域$D$上的积分。
- 结论:正确。
选项B
$\displaystyle \lim_{\lambda\to\infty}\sum_{i=1}^{n}\mu(\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i$
- 错误原因:分割的最大直径$\lambda$应趋近于$0$,而非$\infty$。
- 结论:错误。
选项C
$\displaystyle \int_{D}\mu'(x,y)d\sigma$
- 错误原因:面密度函数应为$\mu(x,y)$,而非$\mu'(x,y)$(可能为笔误)。
- 结论:错误。
选项D
$\displaystyle \lim_{\lambda\to0}\sum_{i=1}^{n}n\mu(\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i$
- 错误原因:求和项中多余的$n$因子无实际意义,正确形式应为$\sum \mu(\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i$。
- 结论:错误。