题目
在边长为a的正方体中心处放置一电荷为Q的点电荷,则正方体顶角处的电场强度的大小为_____。
在边长为a的正方体中心处放置一电荷为Q的点电荷,则正方体顶角处的电场强度的大小为_____。
题目解答
答案
$$E=\frac{4KQ}{3a^2}$$
解析
考查要点:本题主要考查点电荷电场强度的计算,以及空间几何中正方体中心到顶点距离的确定。
解题核心思路:
- 确定点电荷的位置与场强公式:题目中点电荷位于正方体中心,需直接应用点电荷电场强度公式 $E = k\frac{Q}{r^2}$。
- 计算中心到顶点的距离:正方体边长为 $a$,中心到顶点的距离为空间对角线的一半,即 $r = \frac{a\sqrt{3}}{2}$。
- 代入公式求解:将 $r$ 代入公式,化简即可得到结果。
破题关键点:
- 正确计算几何距离是本题的核心,需明确正方体中心到顶点的三维空间关系。
-
确定点电荷到顶点的距离
正方体边长为 $a$,其空间对角线长度为 $a\sqrt{3}$,因此中心到顶点的距离为:
$r = \frac{\text{空间对角线}}{2} = \frac{a\sqrt{3}}{2}.$ -
代入点电荷场强公式
根据点电荷电场强度公式:
$E = k\frac{Q}{r^2} = k\frac{Q}{\left(\frac{a\sqrt{3}}{2}\right)^2}.$ -
化简表达式
计算分母:
$\left(\frac{a\sqrt{3}}{2}\right)^2 = \frac{3a^2}{4}.$
代入后得:
$E = k\frac{Q}{\frac{3a^2}{4}} = \frac{4kQ}{3a^2}.$