题目
有一边长为a的正方形平面,在其中垂线上距中心O点dfrac (a)(2)处,有一电荷为q的正点电荷,如图所示,则通过该平面的电场强度通过量为( )dfrac (a)(2)A. (q)/(3varepsilon_0)B. (q)/(4pi varepsilon_0)C. (q)/(3pi varepsilon_0)D. (q)/(6varepsilon_0)
有一边长为a的正方形平面,在其中垂线上距中心O点
处,有一电荷为q的正点电荷,如图所示,则通过该平面的电场强度通过量为( )

A. $\frac{q}{3\varepsilon_0}$
B. $\frac{q}{4\pi \varepsilon_0}$
C. $\frac{q}{3\pi \varepsilon_0}$
D. $\frac{q}{6\varepsilon_0}$
题目解答
答案
D. $\frac{q}{6\varepsilon_0}$
解析
本题考查电场强度通量的计算,核心思路是利用对称性简化问题。关键点在于:
- 点电荷的位置:位于正方形平面的中垂线上,且距离中心O点(可能默认位于平面中心)。
- 高斯定理的应用:虽然点电荷不在平面包围的封闭曲面内,但通过构造对称的立方体模型,将平面视为立方体的一个面,利用立方体的对称性快速求解通量。
对称性分析
假设将正方形平面扩展为立方体的一个面,点电荷位于立方体中心。此时:
- 立方体总电场通量为 $\Phi_{\text{总}} = \frac{q}{\varepsilon_0}$(由高斯定理)。
- 立方体有6个对称面,每个面的通量相等,因此单个面的通量为:
$\Phi = \frac{\Phi_{\text{总}}}{6} = \frac{q}{6\varepsilon_0}.$
关键结论
- 对称性简化:无需复杂积分,直接通过立方体对称性分配总通量。
- 模型构建:将平面视为立方体面,利用高斯定理快速求解。