电场力做功与电势能

实验目的

理解电场力做功与电势能变化的关系,会判断做功正负和电势能增减。

实验原理

电场力做功只与起点、终点位置有关,与路径无关。电场力做的功等于电势能的减少量:WAB = EpA − EpB。又有 WAB = qUAB = q(φA − φB)。在匀强电场中,沿电场方向移动距离 d 时 W = qEd。

实验器材

• 电场(匀强电场或点电荷电场)
• 试探电荷(可选正、负)
• 起点 A 和终点 B
• 电场线
• 等势面或电势显示
• 电势能与做功数值显示

实验步骤

1. 观察电场线方向和等势面分布
2. 放入正试探电荷,确定起点 A 与终点 B
3. 移动电荷从 A 到 B,记录电场力做功和电势能变化
4. 换成负电荷,重复上述操作并比较
5. 改变路径但保持起点、终点不变,比较做功
6. 沿等势面移动电荷,观察做功情况

实验现象与结论

正电荷顺着电场线方向移动,电场力做正功,电势能减小。逆着电场线方向移动则电场力做负功,电势能增大。负电荷的情况相反。沿等势面移动时电场力不做功。起点终点相同时,做功与路径无关。

常见问题

怎样判断电势能是增大还是减小?

看电场力做功:做正功,电势能减小;做负功,电势能增大。减少量或增加量等于做功的大小。

电场力做功与路径有关吗?

无关。电场力做功只取决于起点和终点的位置,即 W = qU,这是静电场的重要特点。