EJU 2008 年第 1 回 物理 第 15 题

考点
电位与电位差
领域
电磁学
难度
中等
标准答案
④

解析摘要

标准解析

外力功等于电势能增加

O到两个源电荷的距离均为d,电位 VO=kq/d−2kq/d=−kq/dV_O=kq/d-2kq/d=-kq/d。C到两个源的距离均为√2d,所以 VC=kq/(2d)−2kq/(2d)=−kq/(2d)V_C=kq/(\sqrt2d)-2kq/(\sqrt2d)=-kq/(\sqrt2d)。

按通常不改变动能的移动解释,所需外力功等于电势能增加:W=Q(VC−VO)=(1−1/2)kqQ/d=(1−2/2)kqQ/dW=Q(V_C-V_O)=(1-1/\sqrt2)kqQ/d=(1-\sqrt2/2)kqQ/d。

末电位虽仍负,却比初电位高、离0更近,所以正测试电荷的势能增加,外力需做正功。电场自身做功则为上述值的负数,不能混用。

电位是标量,可以按电荷正负直接相加,不需方向投影;但必须用两端距离,不能把起点电场当恒力乘路程。结果kqQ/d为能量,而d²分母的式子为力。上下几何对称并不意味着电位抵消,因为两源电量不是等量反号;若只用对称性判零便会遗漏这一条件。

沿x轴从O向C走时,到两个源的距离同时增大,正源和负源电位绝对值都减小,但负源的两倍权重始终占优,总负电位逐渐靠近0。这个趋势直接说明外力功为正,不需要先计算精确系数。对静电场,固定端点的功与具体路径无关,选择沿x轴描述方便读距离,却不是势能差公式只对这条直线路径有效。

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