φ-x图表示电势φ在x轴上的分布情况,如下图所示。
问题,φ-x图像斜率表示什么呢?有同学会说表示电场强度E,请看一个典型反例:
如上图所示,匀强电场E方向垂直x轴,则x轴是匀强电场中的一条等势线,φ-x图是一条平行x轴的直线,该直线的斜率为0,则表示该处电场强度为0,显然与实际情况是不相符合的。那么,φ-x图像斜率表示什么呢?
如上图所示,设AB长度为△x,则,Uᴀʙ=E·AC=E·AC=E·AB·cosθ=Ecosθ·AB=Eₓ·△x,
令Uᴀʙ=△φ,则,
Eₓ=△φ/△x
因此,φ-x图像斜率表示Eₓ,而不是表示E,只有电场沿x轴上时,φ-x图像斜率才能表示E。
例:两电荷量分别为q₁和q₂的点电荷放在x轴上的O、M两点,两电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图所示,
其中A、N两点的电势为零,ND段中C点电势最高,则(AD)
A.C点的电场强度大小为零
B.A点的电场强度大小为零
C.NC间场强方向沿x轴正方向
D.将一负点电荷从N点移到D点,电场力先做正功后做负功
例:如图甲所示,
四个等量电荷摆放成矩形,两个正电荷连线建立y轴,中垂线建立x轴,其中在x轴上的电势分布如图乙所示,下列说法正确的有(D)
A.在O点电场强度为零
B.B点放入正点电荷受电场力沿x轴负方向
C.负电荷沿x轴从C移到B的过程中,电势能先增大后减小
D.正电荷沿x轴从B移到C的过程中,电场力先做负功,后做正功
本题易错选(B)
Eₓ的方向,如果沿着x方向电势增加,逆着电场线方向,则Eₓ的方向沿-x方向,如果沿着x方向电势减小,顺着电场线方向,则Eₓ的方向沿-x方向。
综上所述,φ-x图像斜率表示-Eₓ。