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( )A. (Q)/(12π({ε)_{0)}({a)^2}}B. (Q)/(6π({ε)_{0)}({a)^2}}C. (Q)/(3π({ε)_{0)}({a)^2}}D. (Q)/(π({ε)_{0)}({a)^2}}
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( )
A. $\frac{Q}{12π{{ε}_{0}}{{a}^{2}}}$
B. $\frac{Q}{6π{{ε}_{0}}{{a}^{2}}}$
C. $\frac{Q}{3π{{ε}_{0}}{{a}^{2}}}$
D. $\frac{Q}{π{{ε}_{0}}{{a}^{2}}}$
题目解答
答案
C. $\frac{Q}{3π{{ε}_{0}}{{a}^{2}}}$
解析
考查要点:本题主要考查点电荷电场强度公式的应用,以及正方体空间几何关系的理解。
解题核心思路:
- 确定点电荷到顶点的距离:正方体中心到顶点的距离是空间对角线的一半,需用勾股定理计算。
- 代入点电荷电场强度公式:利用公式 $E = \frac{1}{4\pi \varepsilon_0} \cdot \frac{Q}{r^2}$,将距离代入即可求解。
破题关键点:
- 空间对角线公式:正方体边长为 $a$,空间对角线长度为 $\sqrt{3}a$,中心到顶点的距离为 $\frac{\sqrt{3}a}{2}$。
- 公式变形:注意将距离平方后代入公式时的化简步骤。
步骤1: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 $r$ 是空间对角线的一半:
$r = \frac{\sqrt{a^2 + a^2 + a^2}}{2} = \frac{\sqrt{3}a}{2}$
步骤2:代入点电荷电场强度公式
点电荷电场强度公式为:
$E = \frac{1}{4\pi \varepsilon_0} \cdot \frac{Q}{r^2}$
将 $r = \frac{\sqrt{3}a}{2}$ 代入:
$E = \frac{Q}{4\pi \varepsilon_0} \cdot \frac{4}{3a^2} = \frac{Q}{3\pi \varepsilon_0 a^2}$
关键结论:
- 电场强度大小为 $\frac{Q}{3\pi \varepsilon_0 a^2}$,对应选项 C。