题目
根据亥姆霍兹定理,一个矢量场可以分解为哪两部分?A. 有旋场和有散场B. 梯度场和旋度场C. 无旋场和无散场D. 保守场和非保守场
根据亥姆霍兹定理,一个矢量场可以分解为哪两部分?
A. 有旋场和有散场
B. 梯度场和旋度场
C. 无旋场和无散场
D. 保守场和非保守场
题目解答
答案
C. 无旋场和无散场
解析
考查要点:本题主要考查对亥姆霍兹定理的理解,即矢量场的分解方式。
解题核心思路:
亥姆霍兹定理指出,任意矢量场可以分解为无旋场和无散场的叠加。其中,无旋场由矢量场的散度决定(对应梯度场),无散场由矢量场的旋度决定(对应旋度场)。关键在于区分分解后的场的性质(无旋、无散)而非场的类型(梯度、旋度)。
破题关键点:
- 无旋场的旋度为零,对应标量场的梯度。
- 无散场的散度为零,对应矢量场的旋度。
- 选项需体现分解后的场的物理性质(无旋、无散),而非场的生成方式(梯度、旋度)。
根据亥姆霍兹定理,任意矢量场 $\mathbf{F}$ 可以分解为两个部分的叠加:
- 无旋场(由 $\mathbf{F}$ 的散度决定):
$\mathbf{F}_\text{无旋} = -\nabla \phi$
其中 $\phi$ 是标量势函数,满足 $\nabla \times \mathbf{F}_\text{无旋} = \mathbf{0}$。 - 无散场(由 $\mathbf{F}$ 的旋度决定):
$\mathbf{F}_\text{无散} = \nabla \times \mathbf{A}$
其中 $\mathbf{A}$ 是矢量势函数,满足 $\nabla \cdot \mathbf{F}_\text{无散} = 0$。
选项分析:
- A. 有旋场和有散场:错误。分解后的场应分别为无旋和无散。
- B. 梯度场和旋度场:混淆了分解方式与场的性质,正确但非题目所问角度。
- C. 无旋场和无散场:正确。直接对应定理中分解后的场性质。
- D. 保守场和非保守场:部分重叠但不准确,无散场不一定是非保守场。