一道静电场好题解答的修正与反思

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  近期,许多教辅资料、刊物都有这样一道题.
  题目(2014年上海市浦东新区二模)如图1所示,AB、BC、CA三根等长带电棒绝缘相连成正三角形,每根棒上电荷均匀分布,AB、BC带电均为 q,CA带电为-q,P点为正三角形中心,P、Q两点关于AC边对称.现测得P、Q两点的电场强度大小分别为E1和E2,若撤去CA棒,则P、Q两点的电场强度大小分别为EP=,EQ=.
  该题是否浦东二模题?该解答是否为原解答?笔者未及考证,但资料相互传抄,答案如出一辙.本学期伊始的一次省示范中学联考中,该题再次出现且批改时亦以此解为标准答案,可见普遍认同该解答.
  我们知道,电场线在电场中不相交,是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向.
  同样,由唯一性定理,电场中同一位置的场强大小亦不可能有两个数值,原解EQ有两值,除非E2=0,否则是错的.
  解可用等效方法.以P点为园心,P到MN距离a为半径作半园,在直线MN上,任意位置θ处取一线元,长为Δl带电量Δq=λΔl离P距离r=acosθ,线元Δl两端分别与P连线截得半园上弧元Δl1,由于Δl→0,Δθ→0有几何关系
  Δθ=Δl1a=Δl2r=Δl·cosθr,
  带电线元Δl在P点激发场强大小为
  ΔE=kΔqr2=kλΔlr2=kλΔl2r2cosθ=kλΔl1a2,
  即相当于弧元Δl1的电荷线密度也为 λ在P激发的场强.
  由于整条直线MN上各线元与半园各弧元一一对应,因此,相同电荷线密度的均匀带电直线MN和半径为a的均匀带电半园在P处激发的场强相等.
  均匀带 q的AB,BC在Q处激发场强等于以Q为园心,QP=QA=QC=2a为半径,电荷线密度相同的带电线AC在Q处激发的场强
  探究2题3设有一均匀带电直棒,长度为L,总电荷量为 q,线外一点P离开直棒的垂直距离为a,p点和直棒两端的连线与直棒之间的夹角分别为θ1 和θ2.
  本文所讨论的这道题是一道灵活运用多种思想方法的高质量习题,[探究一]运用微元累积;[探究二]直接用微积分,两法本质相同,不仅给出原题EQ的唯一解,而且对均匀带电的(折)直线,平(曲)面在周围空间激发场强的求解具有普遍性.我们不能盲从于现成答案,要善于深入思考. =
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