题目
关于电介质中的高斯定理,下列说法中正确的是A. 若通过闭合曲面的电位移通量为零,该曲面内一定没有自由电荷。B. 若通过闭合曲面的电位移通量为零,该曲面内电荷的代数和一定为零。C. 电介质中的高斯定理表明电位移矢量仅与自由电荷的分布有关。D. 介质中的电位移矢量与自由电荷和极化电荷的分布均有关。
关于电介质中的高斯定理,下列说法中正确的是
A. 若通过闭合曲面的电位移通量为零,该曲面内一定没有自由电荷。
B. 若通过闭合曲面的电位移通量为零,该曲面内电荷的代数和一定为零。
C. 电介质中的高斯定理表明电位移矢量仅与自由电荷的分布有关。
D. 介质中的电位移矢量与自由电荷和极化电荷的分布均有关。
题目解答
答案
D. 介质中的电位移矢量与自由电荷和极化电荷的分布均有关。
解析
本题考查电介质中的高斯定理及其相关概念,核心在于理解电位移矢量$\mathbf{D}$的物理意义以及高斯定理的数学表达。关键点包括:
- 高斯定理的数学形式:闭合曲面的电位移通量等于该区域内自由电荷的代数和,即 $\Phi_D = \oint \mathbf{D} \cdot d\mathbf{S} = Q_{\text{free}}$。
- 电位移矢量$\mathbf{D}$的定义:$\mathbf{D} = \varepsilon_0 \mathbf{E} + \mathbf{P}$,其中$\mathbf{P}$是极化强度,与极化电荷(束缚电荷)相关。
- 选项辨析需区分自由电荷与总电荷,以及$\mathbf{D}$的决定因素。
选项分析
A. 若通过闭合曲面的电位移通量为零,该曲面内一定没有自由电荷。
- 根据高斯定理,$\Phi_D = Q_{\text{free}}$,若$\Phi_D = 0$,说明$Q_{\text{free}} = 0$,但可能存在正负自由电荷代数和为零的情况,而非“没有自由电荷”。错误。
B. 若通过闭合曲面的电位移通量为零,该曲面内电荷的代数和一定为零。
- 高斯定理中,$\Phi_D$对应的是自由电荷的代数和,而非总电荷(包含束缚电荷)。若题目中“电荷”指总电荷,则结论不成立;若仅指自由电荷,表述不严谨。错误。
C. 电介质中的高斯定理表明电位移矢量仅与自由电荷的分布有关。
- $\mathbf{D}$的定义式$\mathbf{D} = \varepsilon_0 \mathbf{E} + \mathbf{P}$表明,$\mathbf{D}$不仅与自由电荷(通过$\mathbf{E}$)有关,还与极化电荷(通过$\mathbf{P}$)有关。错误。
D. 介质中的电位移矢量与自由电荷和极化电荷的分布均有关。
- $\mathbf{D}$的表达式直接关联自由电荷($\mathbf{E}$由自由电荷和极化电荷共同决定)和极化电荷($\mathbf{P}$由极化电荷产生)。正确。