题目
如图所示,一个电荷为q的点电荷位于立方体的A角上,则通过侧面abcd的电场强度通量等于()A. q/(6ε0)B. q/(12ε0)C. q/(24ε0)D. q/(48ε0)
如图所示,一个电荷为q的点电荷位于立方体的A角上,则通过侧面abcd的电场强度通量等于()
A. q/(6ε0)
B. q/(12ε0)
C. q/(24ε0)
D. q/(48ε0)
题目解答
答案
C. q/(24ε0)
解析
步骤 1:理解高斯定理
高斯定理指出,通过一个闭合曲面的电场强度通量等于该闭合曲面内所有电荷的代数和除以真空介电常数ε0。公式为:Φ = q/ε0,其中Φ是电场强度通量,q是闭合曲面内的总电荷量,ε0是真空介电常数。
步骤 2:确定闭合曲面
为了应用高斯定理,我们需要构造一个包含点电荷q的闭合曲面。由于点电荷位于立方体的一个角上,我们可以构造一个以该点电荷为中心,且包含立方体侧面abcd的八分之一球体作为闭合曲面。这样,整个立方体的六个面将被分成八个这样的八分之一球体。
步骤 3:计算电场强度通量
由于整个立方体的六个面被分成八个这样的八分之一球体,每个八分之一球体的电场强度通量为q/(8ε0)。因此,通过侧面abcd的电场强度通量为q/(8ε0)的一半,即q/(16ε0)。但是,由于侧面abcd只占整个八分之一球体的一半,所以通过侧面abcd的电场强度通量为q/(24ε0)。
高斯定理指出,通过一个闭合曲面的电场强度通量等于该闭合曲面内所有电荷的代数和除以真空介电常数ε0。公式为:Φ = q/ε0,其中Φ是电场强度通量,q是闭合曲面内的总电荷量,ε0是真空介电常数。
步骤 2:确定闭合曲面
为了应用高斯定理,我们需要构造一个包含点电荷q的闭合曲面。由于点电荷位于立方体的一个角上,我们可以构造一个以该点电荷为中心,且包含立方体侧面abcd的八分之一球体作为闭合曲面。这样,整个立方体的六个面将被分成八个这样的八分之一球体。
步骤 3:计算电场强度通量
由于整个立方体的六个面被分成八个这样的八分之一球体,每个八分之一球体的电场强度通量为q/(8ε0)。因此,通过侧面abcd的电场强度通量为q/(8ε0)的一半,即q/(16ε0)。但是,由于侧面abcd只占整个八分之一球体的一半,所以通过侧面abcd的电场强度通量为q/(24ε0)。