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电偶极子模型是指电量为q、相距为l的一对正负点电荷组成的电结构,O是中点,电偶极子的方向为从负电荷指向正电荷,用图3-1-12(a)所示的矢量表示.科学家在描述某类物质的电性质时,认为物质是由大量的电偶极子组成的,平时由于电偶极子的排列方向杂乱无章,因而该物质不显示带电的特性.当加上外电场后,电偶极子绕其中心转动,最后都趋向于沿外电场方向排列,从而使物质中的合电场发生变化.

图3-1-12

(1)如图(b)所示,有一电偶极子放置在电场强度为E0的匀强外电场中,若电偶极子的方向与外电场方向的夹角为θ,求电偶极子在电场力作用下绕O点转动到外电场方向的过程中,电场力所做的功.

(2)现考察物质中的三个电偶极子,其中心在一条直线上,初始时刻如图(c)排列,它们相互间隔距离恰等于l.加上外电场E0后,三个电偶极子转到外电场方向,若在图中A点处引入一电量为+q0的点电荷(q0很小,不影响周围电场的分布),求该点电荷所受电场力的大小.

答案

解析:(1)电场力对+q做功W1=qE,(1-cosθ),电场力对-q做功W2=qE·(1-cosθ)  W=W1+W2=qE0l(1-cosθ)

(2)在外电场作用下,三个电偶极子转到外电场方向后,中间四个电荷被中和,三个电偶极子可等效为电量为q、相距为3l的一对正负电荷组成的电结构,点电荷q0受到外电场E0的作用力向右,F1=q0E0,点电荷q0受电偶极子的作用向左,F2=2k,故其合力为

F=F1-F2=q0E0-k

答案:(1)qE0l(1-cosθ)  (2)q0E0-


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