電荷在電場中也具有勢能,這種勢能叫做電勢能。當(dāng)在電場中移動電荷時,電場力會做功,電荷的電勢能也會發(fā)生變化。
怎么分析電荷的電勢能變化呢?
方法1. 看“電勢”
根據(jù)電勢能Ep=qφ可知,正電荷在電勢越高的地方電勢能越大,負(fù)電荷在電勢越高的地方電勢能越小。只要確定了電勢的高低,就可以分析電勢能的變化,常見思路如下:
【示例】兩個負(fù)的點(diǎn)電荷分別位于A、B兩處,所帶電荷量大小不同,電荷產(chǎn)生的電場在平面內(nèi)的電勢分布如圖所示,圖中實(shí)線表示等勢線。
(1)正的試探電荷在c點(diǎn)電勢能大,還是在d點(diǎn)電勢能大?
(2)負(fù)的試探電荷在a點(diǎn)電勢能大,還是在c點(diǎn)電勢能大?
(3)正的試探電荷從e點(diǎn)沿圖中虛線移到f點(diǎn)的過程中,電勢能怎樣變化?
【分析】因?yàn)閳鲈措姾葾、B都是負(fù)電荷,所以越靠近場源的等勢面電勢越低。
(1)因?yàn)?phi;c<φd,且試探電荷帶正電,所以根據(jù)Ep=qφ可知,試探電荷的電勢能EPc<EPd;
(2)因?yàn)?phi;a<φc,且試探電荷帶負(fù)電,所以根據(jù)Ep=qφ可知,試探電荷的電勢能EPa>EPc;
(3)正的試探電荷從e點(diǎn)沿圖中虛線移到f點(diǎn)的過程中,所經(jīng)各點(diǎn)的電勢先減小后增加,所以根據(jù)Ep=qφ可知,試探電荷的電勢能先減小后增加。
方法2. 看“電場力的功”
電場力做功與電勢能變化之間的關(guān)系為:WAB=EpA-EpB,即電場力做多少正功,電勢能就減少多少;電場力做多少負(fù)功,電勢能就增加多少。只要確定了電場力的功,就可以分析電勢能的變化,常見思路如下:
下面從“電場力的功”的角度,分析一下【示例】中的幾個問題。
【分析】(1)假設(shè)將正的試探電荷由c點(diǎn)移至d點(diǎn)——遠(yuǎn)離場源,由于場源電荷A、B都是負(fù)電荷,所以試探電荷受到的靜電引力做負(fù)功,試探電荷的電勢能增加,即EPc<EPd;
(2)假設(shè)將負(fù)的試探電荷由a點(diǎn)移至c點(diǎn)——遠(yuǎn)離場源,則試探電荷受到的靜電斥力做正功,所以試探電荷的電勢能減小,即EPa>EPc;
(3)正的試探電荷從e點(diǎn)沿圖中虛線移到f點(diǎn)的過程中——先靠近后遠(yuǎn)離場源,試探電荷受到的靜電力先做正功,后做負(fù)功,所以試探電荷的電勢能先減小后增加。
直接從試探電荷的受力、位移和兩者的方向夾角,也可以確定問題(3)中電場力的做功情況,從而判斷試探電荷的電勢能變化,如下圖所示。