A-level 物理 (高階物理)/電力

電場是由電荷引起的。這些電荷可以是正的也可以是負的。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。如果我們有兩個點電荷，分別帶電量 Q 和 q，它們之間的距離為 r，則它們各自受到的力為

$F_{electric}={\frac {kQq}{r^{2}}}={\frac {Qq}{4\pi \epsilon _{0}r^{2}}}$,

其中 k 和 ε₀ 為常數（k = 8.99 x 10⁹ Nm²C⁻²，ε₀ = 8.85 x 10⁻¹²C²N⁻¹m⁻²）。這意味著，距離點電荷兩倍遠，作用在另一個電荷上的力減小到原來的四分之一。點電荷周圍的電力與點質量周圍的萬有引力非常相似。

均勻電場由兩個導電板組成。這些板帶相反的電荷，且無限寬。顯然，無限寬的導電板是不存在的，因此均勻電場也不存在。但是，如果我們看向板的中間，並且板的間距不太遠，那麼近似於均勻電場的場確實存在——在兩端，均勻場的公式不再適用。

均勻電場中電荷所受的力由下式給出

$F_{electric}={\frac {qV}{d}}$,

其中 V 是兩板之間的電勢差，q 是作用力的點電荷的電量，d 是兩板之間的距離。當電荷在電場中運動時，該力保持恆定。

問題

e = 1.6 x 10⁻¹⁹C

1. 一個正電子（電荷 +e）距離一個鋰核（電荷 +3e）1 μm。作用在每個粒子上的力的量級是多少？它作用的方向是什麼？

2. 一個電子距離均勻電場中的帶正電板 1mm。兩板之間的電勢差為 20V，板間距為 10 cm。作用在電子上的力是多少？它作用的方向是什麼？

3. 點質量周圍的重力加速度是恆定的，與它作用的物體的質量無關。點電荷周圍的電力加速度不是恆定的。用牛頓第二定律 (F=ma) 解釋這一點。

4. 絕緣體包含帶電粒子，即使絕緣體上的總電荷為 0。為什麼絕緣體會被附近的電荷吸引？

5. 在產生均勻電場的帶電導電板中，你預計會在哪裡找到電荷？為什麼？

解答