EJU 2006 年第 2 回 物理 第 13 题

考点
电位与电位差
领域
电磁学
难度
中等
标准答案
⑦

解析摘要

标准解析

两点电势相减,再转成动能

O到两个固定电荷的距离都是 3ℓ3\ell。C在原点下方 4ℓ4\ell,由直角三角形得 AC=BC=(3ℓ)2+(4ℓ)2=5ℓAC=BC=\sqrt{(3\ell)^2+(4\ell)^2}=5\ell。电势是标量,各源电荷的贡献直接相加,不需要像电场那样分解方向。

因此

VO=2k0Q3ℓ,VC=2k0Q5ℓ.V_{\mathrm O}=\frac{2k_0Q}{3\ell},\qquad V_{\mathrm C}=\frac{2k_0Q}{5\ell}.

正电粒子从O到C,电势能减少,电场做正功。由题设的静止初态,

12mv2=q(VO−VC)=4k0Qq15ℓ.\frac12mv^2=q(V_{\mathrm O}-V_{\mathrm C}) =\frac{4k_0Qq}{15\ell}.

解得 v=22k0Qq/(15ℓm)v=2\sqrt{2k_0Qq/(15\ell m)}。

力会随粒子的位置变化,所以不能取某一点的电场力直接乘全程距离。电势能方法只需初末位置,即使路径上的加速度不恒定也成立。

在O处两源电荷的电场相互抵消,但两份正电势不会抵消;力为零与势能为零是不同概念。题目已经给定粒子开始运动并经过C的事件,此处按该初末能量条件求其速率,不另加未知的有限初动能。

两固定电荷的相互作用势能在粒子运动中不变,因而不需要放进此次变化量;变化的是运动电荷q与两源电荷分别组成的相互作用势能。把场源保持固定视为题给约束后,电场对q所做的功正好等于这两项势能的下降。先明确哪一物体在运动、哪几项能量会变化,可防止把源电荷之间的固定能量重复计入动能。

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