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(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量为( )A.(q)/(3({ε)_{0)}}B.(q)/(4π({ε)_{0)}}C.(q)/(3π({ε)_{0)}}D.(q)/(6({ε)_{0)}}
有一边长为$a$的正方形平面,在其中垂线上距中心$O$点$\frac{a}{2}$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量为( )A.$\frac{q}{3{{ε}_{0}}}$
B.$\frac{q}{4π{{ε}_{0}}}$
C.$\frac{q}{3π{{ε}_{0}}}$
D.$\frac{q}{6{{ε}_{0}}}$
题目解答
答案
D. $\frac{q}{6{{ε}_{0}}}$
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。关键点在于将点电荷视为位于正方体的中心,从而每个面的电场强度通量相等。根据高斯定律,总通量为$\frac{q}{\varepsilon_0}$,分配到六个面后,每个面的通量为$\frac{q}{6\varepsilon_0}$。
对称性分析
- 构造正方体模型:将题目中的正方形平面视为正方体的一个面,点电荷位于正方体中心。此时,正方体边长为$a$,中心到任一侧面的距离为$\frac{a}{2}$,与题目条件一致。
- 通量均分原理:由于对称性,点电荷在正方体六个面产生的电场强度通量相等。总通量由高斯定律给出$\Phi_{\text{总}} = \frac{q}{\varepsilon_0}$,因此每个面的通量为$\frac{q}{6\varepsilon_0}$。
关键结论
- 对称性简化计算:无需直接积分,通过对称性直接分配总通量。
- 正方体模型的构建是破题关键,将平面问题转化为闭合高斯面的特例。