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
步骤 1:确定点电荷与顶角的距离
点电荷位于正方体中心,正方体顶角到中心的距离为体对角线的一半。正方体的体对角线长度为$\sqrt{3}a$,因此顶角到中心的距离为$\frac{\sqrt{3}}{2}a$。
步骤 2:应用点电荷的电场强度公式
点电荷的电场强度公式为$E = \frac{kQ}{r^2}$,其中$k = \frac{1}{4πε_0}$,$Q$为点电荷的电量,$r$为点电荷到观察点的距离。将$r = \frac{\sqrt{3}}{2}a$代入公式,得到$E = \frac{kQ}{(\frac{\sqrt{3}}{2}a)^2}$。
步骤 3:简化表达式
将$k = \frac{1}{4πε_0}$代入上式,得到$E = \frac{Q}{4πε_0(\frac{\sqrt{3}}{2}a)^2} = \frac{Q}{4πε_0\frac{3}{4}a^2} = \frac{Q}{3πε_0a^2}$。
点电荷位于正方体中心,正方体顶角到中心的距离为体对角线的一半。正方体的体对角线长度为$\sqrt{3}a$,因此顶角到中心的距离为$\frac{\sqrt{3}}{2}a$。
步骤 2:应用点电荷的电场强度公式
点电荷的电场强度公式为$E = \frac{kQ}{r^2}$,其中$k = \frac{1}{4πε_0}$,$Q$为点电荷的电量,$r$为点电荷到观察点的距离。将$r = \frac{\sqrt{3}}{2}a$代入公式,得到$E = \frac{kQ}{(\frac{\sqrt{3}}{2}a)^2}$。
步骤 3:简化表达式
将$k = \frac{1}{4πε_0}$代入上式,得到$E = \frac{Q}{4πε_0(\frac{\sqrt{3}}{2}a)^2} = \frac{Q}{4πε_0\frac{3}{4}a^2} = \frac{Q}{3πε_0a^2}$。