题目
8.在某一给定区域,已知电势U随坐标作线性变化,则该区域中的E为 ()-|||-(A)0 (B)常矢量 (C)作线性变化 (D)不确定

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查电势与电场强度的关系,特别是电势线性变化时电场强度的性质。
解题核心思路:
根据电势与电场强度的关系式 $E = -\nabla U$,若电势$U$随坐标作线性变化,则其梯度$\nabla U$为常矢量,从而推导出电场强度$E$的性质。
破题关键点:
- 明确线性变化的数学形式:若$U$是坐标的线性函数(如$U = ax + by + cz + d$),则其梯度为常矢量。
- 梯度与电场强度的关系:电场强度是电势梯度的负值,因此梯度为常矢量时,电场强度也为常矢量。
电势与电场强度的关系
电场强度$\mathbf{E}$是电势$U$的梯度的负值,即:
$\mathbf{E} = -\nabla U$
线性变化的电势
若电势$U$随坐标作线性变化,其数学形式可表示为:
$U = a x + b y + c z + d$
其中$a$、$b$、$c$、$d$为常数。此时,电势的梯度为:
$\nabla U = \left( \frac{\partial U}{\partial x}, \frac{\partial U}{\partial y}, \frac{\partial U}{\partial z} \right) = (a, b, c)$
显然,$\nabla U$是常矢量,与位置无关。
电场强度的性质
将梯度代入电场强度公式,得:
$\mathbf{E} = -(a, b, c)$
因此,电场强度$\mathbf{E}$是常矢量,与位置无关。
选项分析
- (A) 0:只有当电势均匀($\nabla U = 0$)时成立,但题目中电势线性变化,故排除。
- (B) 常矢量:符合推导结果,正确。
- (C) 作线性变化:需$\nabla U$为线性函数,对应$U$为二次函数,与题意矛盾,排除。
- (D) 不确定:电势线性变化时,$\mathbf{E}$确定为常矢量,排除。