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. (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
考查要点:本题主要考查电场强度通量的计算,涉及对称性分析和高斯定理的应用。
解题核心思路:
当点电荷位于无限大平面的中垂线上时,直接计算电场通量较为复杂。但若将平面视为立方体的一个面,利用立方体的对称性,结合高斯定理,可快速求解。
破题关键点:
- 对称性构造:将正方形平面扩展为立方体的一个面,使点电荷位于立方体中心。
- 高斯定理应用:立方体总通量为 $\frac{q}{\varepsilon_0}$,每个面通量相等,故单个面通量为 $\frac{q}{6\varepsilon_0}$。
步骤1:构造对称闭合曲面
将正方形平面视为立方体的一个面,点电荷 $q$ 位于立方体中心。此时,立方体共有6个相同的正方形面。
步骤2:应用高斯定理
根据高斯定理,闭合曲面的总电通量为:
$\Phi_{\text{总}} = \frac{q}{\varepsilon_0}$
步骤3:分配单面通量
由于立方体对称,每个面的电通量相等,故单个面通量为:
$\Phi = \frac{\Phi_{\text{总}}}{6} = \frac{q}{6\varepsilon_0}$