例:如圖所示,
電荷量分别為q和一q(q>0)的點電荷固定在正方體的兩個頂點上,a、b是正方體的另外兩個頂點。則()
A.a點和b點的電勢相等
B.a點和b點的電場強度大小相等
C.a點和b點的電場強度方向相同
D.将負電荷從a點移到b點,電勢能增加
解析:
b點距q近,a點距-q近,則b點的電勢
高于a點的電勢,A項錯誤。如圖所示,
a、b兩點的電場強度可視為E₃與E₄、E₁與E₂的合電場強度。其中E₁∥E₃,E₂∥E₄,且知E₁=E₃,E₂=E₄,故合電場強度Ea與Eb,大小相等、方向相同,B、C項正确。由于φa<φb,負電荷從低電勢移至高電勢的過程中,電場力做正功,電勢能減少,D項錯誤。
強行求解:應用電勢公式φ=kQ/r,電勢能公式Ep=kQq/r.
巧妙求解:如圖
解析:a、b、q、-q位置以及兩個點電荷的電場線、等勢線如圖所示,c點是a點關于q、-q連線的對稱點,在同一個等勢面上,所以φa=φc,c點又是b點關于兩個電荷連線中垂線的對稱點,在同一條電場線上,沿着電場線方向電勢逐漸降低,所以φb>φc,綜合可得φb>φa,A選項錯誤。根據Ep=qφ,結合φb>φa,所以負電荷在b點的電勢能更小,D選項錯誤。a、b兩點到兩點電荷連線的距離相等,且關于兩點電荷連線中點對稱,可知a、b兩點的電場強度大小相等,方向相同,BC選項均正确。
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