Question

電偶極子模型是指電量為q、相距為l的一對正負點電荷組成的電結(jié)構(gòu)，O是中點，電偶極子的方向為從負電荷指向正電荷，用圖(a)所示的矢量表示．科學家在描述某類物質(zhì)的電性質(zhì)時，認為物質(zhì)是由大量的電偶極子組成的，平時由于電偶極子的排列方向雜亂無章，因而該物質(zhì)不顯示帶電的特性．當加上外電場后，電偶極子繞其中心轉(zhuǎn)動，最后都趨向于沿外電場方向排列，從而使物質(zhì)中的合電場發(fā)生變化．  

(1）如圖(b）所示，有一電偶極子放置在電場強度為E。的勻強外電場中，若電偶極子的方向與外電場方向的夾角為θ，求作用在電偶極子上的電場力繞O點的力矩；   

（2）求圖(b)中的電偶極子在力矩的作用下轉(zhuǎn)動到外電場方向的過程中，電場力所做的功；   

（3）求電偶極子在外電場中處于力矩平衡時，其方向與外電場方向夾角的可能值及相應的電勢能；   

（4）現(xiàn)考察物質(zhì)中的三個電偶極子，其中心在一條直線上，初始時刻如圖(c）排列，它們相互間隔距離恰等于 1．加上外電場E_O后，三個電偶極子轉(zhuǎn)到外電場方向，若在圖中A點處引人一電量為+q₀的點電荷(q₀很小，不影響周圍電場的分布），求該點電荷所受電場力的大�。�

Answer 1

（3）電偶極子在外電場中處于力矩平衡時，電偶極子的方向與外加電場的夾角 0或者π
①當電偶極子方向與場強方向相同時，即夾角為零時（如圖所示）由于電偶極子與電場垂直時電勢能為零， 所以該位置的電勢能等于由該位置轉(zhuǎn)到與電場垂直時電場力所做的功，電勢能 E_P1= -E₀q_l
②當電偶極子方向與場強方向相反時，即夾角π為時同理可得，電勢能 E_P2=E₀q_l
（4）由題意可知 F=E₀q₀-=E₀q₀-
【高考考點】庫侖定律，電場強度，電勢能，帶電粒子在電場中的運動 ，力矩及力矩平衡
【易錯點】 本題的難點是同學不明白電偶極子電勢能為零的位置是與電場垂直。第3問也容易漏掉相反的情景，注重對學生思維嚴密性的考察。
【備考提示】電偶極子是近幾年�？嫉哪Ｐ�，可以將電勢能、力矩平衡、電場力做功綜合起來進行考察，因而復習時可以作為專題進行訓練。