電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能,這種勢(shì)能叫做電勢(shì)能。當(dāng)在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí),電場(chǎng)力會(huì)做功,電荷的電勢(shì)能也會(huì)發(fā)生變化。
怎么分析電荷的電勢(shì)能變化呢?
方法1. 看“電勢(shì)”
根據(jù)電勢(shì)能Ep=qφ可知,正電荷在電勢(shì)越高的地方電勢(shì)能越大,負(fù)電荷在電勢(shì)越高的地方電勢(shì)能越小。只要確定了電勢(shì)的高低,就可以分析電勢(shì)能的變化,常見(jiàn)思路如下:
【示例】?jī)蓚€(gè)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(chǎng)在平面內(nèi)的電勢(shì)分布如圖所示,圖中實(shí)線表示等勢(shì)線。
(1)正的試探電荷在c點(diǎn)電勢(shì)能大,還是在d點(diǎn)電勢(shì)能大?
(2)負(fù)的試探電荷在a點(diǎn)電勢(shì)能大,還是在c點(diǎn)電勢(shì)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(guò)程中,電勢(shì)能怎樣變化?
【分析】因?yàn)閳?chǎng)源電荷A、B都是負(fù)電荷,所以越靠近場(chǎng)源的等勢(shì)面電勢(shì)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(shì)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(shì)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(guò)程中,所經(jīng)各點(diǎn)的電勢(shì)先減小后增加,所以根據(jù)Ep=qφ可知,試探電荷的電勢(shì)能先減小后增加。
方法2. 看“電場(chǎng)力的功”
電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化之間的關(guān)系為:WAB=EpA-EpB,即電場(chǎng)力做多少正功,電勢(shì)能就減少多少;電場(chǎng)力做多少負(fù)功,電勢(shì)能就增加多少。只要確定了電場(chǎng)力的功,就可以分析電勢(shì)能的變化,常見(jiàn)思路如下:
下面從“電場(chǎng)力的功”的角度,分析一下【示例】中的幾個(gè)問(wèn)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(chǎng)源,由于場(chǎng)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(shì)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(chǎng)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(shì)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(guò)程中——先靠近后遠(yuǎn)離場(chǎng)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(shì)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(wèn)題(3)中電場(chǎng)力的做功情況,從而判斷試探電荷的電勢(shì)能變化,如下圖所示。