Question

兩個(gè)點(diǎn)電荷固定于x軸上，電量大小分別為Q和4Q，在它們形成的電場(chǎng)中，有一個(gè)帶正電的試探電荷q從無限遠(yuǎn)處移向坐標(biāo)原點(diǎn)O，其電勢(shì)能E_P隨位置變化的關(guān)系如圖所示曲線．當(dāng)x→0時(shí)，電勢(shì)能E_P→∞；當(dāng)x→∞時(shí)，電勢(shì)能E_P→0；電勢(shì)能為最小值的位置坐標(biāo)為x．試根據(jù)圖線提供的信息，確定在x軸的正半軸上各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)開_____；這兩個(gè)點(diǎn)電荷在x軸上的位置是______．

Answer 1

【答案】分析：由圖讀出電勢(shì)能E_P，由φ=，分析電勢(shì)．E_P-x圖象的斜率=F，即斜率大小等于電場(chǎng)力大�。�由F=qE，分析場(chǎng)強(qiáng)．根據(jù)正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能大，分析電勢(shì)變化，確定場(chǎng)強(qiáng)的方向，由x點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零，判斷兩電荷的電性和電量的大小．最后根據(jù)確定電荷所在的位置．
解答：解：（1）根據(jù)正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能大，可知，帶正電的試探電荷從遠(yuǎn)處移近x的過程中，電勢(shì)能減小，電勢(shì)降低，所以電場(chǎng)的方向指向x的負(fù)方向；從x移動(dòng)到x=0的過程中，電勢(shì)能增大，電勢(shì)升高，所以電場(chǎng)的方向指向x正方向．所以：在x軸的正半軸上各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)椋海海?～x）x正方向   （x～+∞）x負(fù)方向．
（2）由圖知，E_P-x圖象的斜率=F=qE，則知x點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零．
兩個(gè)點(diǎn)電荷的合場(chǎng)強(qiáng)為0，說明兩個(gè)點(diǎn)電荷一定是一正一負(fù)；當(dāng)x→0時(shí)，電勢(shì)能E_P→∞；說明了x=0處一定是正電荷．
由和（1）中已經(jīng)判斷出的場(chǎng)強(qiáng)的方向，可以進(jìn)一步判定，正電荷的電荷量一定是Q，離開x 0點(diǎn)的距離近；負(fù)電荷的電荷量是4Q．
由得：，即點(diǎn)電荷-4Q到x的距離是Q到x 的距離的2倍．所以它的坐標(biāo)是：（-x，0）
故答案為：（0～x）x正方向   （x～+∞）x負(fù)方向，Q（0，0）-4Q（-x，0）．
點(diǎn)評(píng)：本題一要抓住E_P-x圖象的斜率=qE分析場(chǎng)強(qiáng)的變化．二要根據(jù)推論正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能大，分析電勢(shì)的變化，確定電荷的電性．最后根據(jù)確定電荷所在的位置．