题目
如图所示,一等边三角形边长为a,三个顶点上分别放置着电荷为q、-q、q的三个点电荷,则三角形中心O处的场强大小和方向为( )A.overline (E)=dfrac (3q)(4pi {varepsilon )_(0)(a)^2},方向由O点指向-qB.overline (E)=dfrac (3q)(4pi {varepsilon )_(0)(a)^2},方向由-q指向O点C.overline (E)=dfrac (3q)(4pi {varepsilon )_(0)(a)^2},方向由O点指向-qD.overline (E)=dfrac (3q)(4pi {varepsilon )_(0)(a)^2},方向由-q指向O点overline (E)=dfrac (3q)(4pi {varepsilon )_(0)(a)^2}
如图所示,一等边三角形边长为a,三个顶点上分别放置着电荷为q、-q、q的三个点电荷,则三角形中心O处的场强大小和方向为( )
A.,方向由O点指向-q
B.,方向由-q指向O点
C.,方向由O点指向-q
D.,方向由-q指向O点

题目解答
答案
设点电荷q在O点的电场强度为,点电荷-q在O点的电场强度为
。则有
的大小为:
,
的大小为:
。
根据几何关系以及场强叠加定律可知:
,方向由O点指向-q,故此题选C
解析
考查要点:本题主要考查点电荷电场强度的叠加计算,以及矢量合成的能力。
解题核心思路:
- 确定每个点电荷在中心O处的场强大小,利用公式 $E = \dfrac{1}{4\pi \varepsilon_0} \dfrac{q}{r^2}$,其中 $r$ 是顶点到中心O的距离。
- 分析场强方向:正电荷产生的场强方向背离电荷,负电荷场强方向指向电荷。
- 利用对称性简化计算:等边三角形的对称性使部分场强分量相互抵消,只需计算关键方向的叠加。
破题关键点:
- 正确计算顶点到中心的距离:等边三角形中心到顶点的距离为 $r = \dfrac{a}{\sqrt{3}}$。
- 矢量分解与合成:将各场强分解为坐标分量后相加,最终确定总场强的大小和方向。
场强大小计算
每个点电荷在O点的场强大小为:
$E = \dfrac{1}{4\pi \varepsilon_0} \dfrac{q}{\left( \dfrac{a}{\sqrt{3}} \right)^2} = \dfrac{3q}{4\pi \varepsilon_0 a^2}$
场强方向分析
- 顶点A(q):场强方向背离A,即沿OA反方向(300°)。
- 顶点B(-q):场强方向指向B,即沿OB方向(0°)。
- 顶点C(q):场强方向背离C,即沿OC反方向(60°)。
矢量合成
将各场强分解为x、y分量并相加:
- 顶点A:
$E_{Ax} = \dfrac{3q}{4\pi \varepsilon_0 a^2} \cos 300^\circ = \dfrac{3q}{8\pi \varepsilon_0 a^2}, \quad E_{Ay} = \dfrac{3q}{4\pi \varepsilon_0 a^2} \sin 300^\circ = -\dfrac{3\sqrt{3}q}{8\pi \varepsilon_0 a^2}$ - 顶点B:
$E_{Bx} = \dfrac{3q}{4\pi \varepsilon_0 a^2}, \quad E_{By} = 0$ - 顶点C:
$E_{Cx} = \dfrac{3q}{4\pi \varepsilon_0 a^2} \cos 60^\circ = \dfrac{3q}{8\pi \varepsilon_0 a^2}, \quad E_{Cy} = \dfrac{3q}{4\pi \varepsilon_0 a^2} \sin 60^\circ = \dfrac{3\sqrt{3}q}{8\pi \varepsilon_0 a^2}$
总场强分量:
$E_x = E_{Ax} + E_{Bx} + E_{Cx} = \dfrac{3q}{2\pi \varepsilon_0 a^2}, \quad E_y = E_{Ay} + E_{By} + E_{Cy} = 0$
总场强大小:
$E = \sqrt{E_x^2 + E_y^2} = \dfrac{3q}{2\pi \varepsilon_0 a^2}$
方向:沿x轴正方向(0°),即由O指向-q。