27、关于高斯定理,下列说法中哪一个是正确的?()A. 高斯面内不包围自由电荷,则面上各点电位移矢量D 为零B. 高斯面上处处D 为零,则面内必不存在自由电荷C. 高斯面的 D 通量仅与面内自由电荷有关D. 以上说法都不正确
A. 高斯面内不包围自由电荷,则面上各点电位移矢量D 为零
B. 高斯面上处处D 为零,则面内必不存在自由电荷
C. 高斯面的 D 通量仅与面内自由电荷有关
D. 以上说法都不正确
题目解答
答案
解析
本题考查高斯定理的相关知识。解题的关键在于准确理解高斯定理的内容以及电位移矢量$\vec{D}$和自由电荷之间的关系。
对选项A的分析
高斯定理的表达式为$\oint_{S}\vec{D}\cdot d\vec{S}=Q_{0}$,其中$\oint_{S}\vec{D}\cdot d\vec{S}$是电位移矢量$\vec{D}$通过闭合曲面$S$(高斯面)的通量,$Q_{0}$是高斯面内所包围的自由电荷的代数和。
当高斯面内不包围自由电荷时,即$Q_{0} = 0$,只能说明$\oint_{S}\vec{D}\cdot d\vec{S}=0$,这并不意味着面上各点电位移矢量$\vec{D}$为零。因为电位移矢量$\vec{D}$是由空间中所有自由电荷共同产生的,即使高斯面内没有自由电荷,面外的自由电荷也会在高斯面上产生电位移矢量$\vec{D}$。所以选项A错误。
对选项B的分析
若高斯面上处处$\vec{D}$为零,根据高斯定理$\oint_{S}\vec{D}\cdot d\vec{S}=Q_{0}$,此时$\oint_{S}\vec{D}\cdot d\vec{S}=0$,只能得出高斯面内自由电荷的代数和$Q_{0} = 0$,但不能说明面内必不存在自由电荷。面内可能存在等量异号的自由电荷,它们的代数和为零,但电荷本身是存在的。所以选项B错误。
对选项C的分析
由高斯定理$\oint_{S}\vec{D}\cdot d\vec{S}=Q_{0}$可知,高斯面的$\vec{D}$通量$\oint_{S}\vec{D}\cdot d\vec{S}$仅与面内自由电荷的代数和$Q_{0}$有关,与面外的自由电荷无关。所以选项C正确。
对选项D的分析
因为选项C是正确的,所以选项D错误。