電偶極子：疊加兩個相反的電荷
1·預測
正電荷和相等的負電荷相距固定距離。在它們之間的中點，它們的場是抵消還是相加？
- 這些場恰好在中點處抵消。
- 這些場彼此垂直，並不是簡單地相加或相消。
- 字段相加 — 兩個電荷在中點沿相同方向推/拉測試電荷。
2·設定
- 開啟偶極子預設並按重設。電荷為 ±3 nC。
- 啟用中點處的電場強度讀數。
- 為每次試驗設定每個電荷與中點之間的半間距，並記錄該處的電場強度。
3·收集數據
| 半分離 (m) | 中點 E 處的場強 (N/C) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 1.60 | |
| 2.50 |
針對三次試驗，繪製電場強度E（y軸）相對1/s²（x軸）的關係圖。
4·分析
- 對於一項試驗，使用 k = 8.99×10⁹ N·m²/C²、q = 3 nC 計算 E = 2kq/s²。與表比較。
- 解釋為什麼會出現2：在中點，正電荷的向外場和負電荷的向內場指向相同的方向，因此它們的大小是相加而不是抵消。
5·擴展
- 在遠離偶極子的位置（距離遠大於電荷間距），電場衰減得比1/r²更快，接近1/r³——這是因為兩個電荷的場幾乎相互抵消。請解釋為什麼在遠距離處近乎完全的抵消，會使該電場比單一點電荷的電場更弱。
- 水分子的行為就像微小的電偶極子（一邊略帶正電，一邊略帶負電）。解釋為什麼這種偶極性質有助於水溶解鹽等離子化合物。
這個實驗背後的物理原理
偶極子中點的疊加
兩個電荷的淨場是每個電荷各自場的向量和（疊加）。在偶極子的中點，正電荷的場指向遠離它的方向，負電荷的場指向它－方向相同－所以它們相加：E = 2kq/s²。