电场 · 几何 · 推导

电场:两支箭头怎样相加

先在同一点画出每个电荷的贡献,再把箭头首尾相接。最后放入正、负试验电荷,区分电场与受力。

源点Q₁(−a,0)、Q₂(a,0)坐标单位:m
-2-101212xy+Q₁+Q₂P (0, 1)6.355 N/C

左下绿色线段为场强比例尺;同图全部场箭头共用这个比例。

先看蓝色Q₁:虚线从场源连到P,蓝箭头画在P。正电荷的场背离场源,负电荷的场指向场源。

合场 Eₓ0 N/C
合场 Eᵧ6.355 N/C
合场大小6.355 N/C
P处电势 U(U∞=0)12.71 V

Q1到P:1.414 m;E1 = (3.178, 3.178) N/C

Q2到P:1.414 m;E2 = (-3.178, 3.178) N/C

播放只推进讲解步骤,不代表真实时间演化。

一支箭头:大小乘方向

E1=kQ1(x+a)x^+yy^[(x+a)2+y2]3/2\mathbf E_1=kQ_1\frac{(x+a)\hat{\mathbf x}+y\hat{\mathbf y}}{[(x+a)^2+y^2]^{3/2}}

分母的三次方来自平方反比场强再乘方向投影;(x+a,y)是从Q₁到P的位移。

带着预测操作

1. 总电荷为零,合场一定为零吗?

选择等量异号,将P移到(0,0)。先预测两支箭头,再看合场:Eₓ约17.98 N/C,电势却为0。

2. 两个同号电荷,为什么竖直场不是两个大小之和?

选择等量同号,P=(0,1)。每项大小约4.494 N/C;竖直投影各约3.178 N/C,合场约6.355 N/C。沿“加入Q₂→首尾相接”查看投影。

3. 把试验电荷改成负数

进入第4步,只改变q₀。合场和电势不变,受力分量反号。这区分了场源电荷与试验电荷。

真空静止点电荷,SI单位。蓝/紫识别两个场源及各自的贡献;绿色为合场,金色为场点。播放表示作图顺序。