关于静电场相关能量的分析∗郭东琴张晖宋冬灵(信息工程大学基础部河南郑州４５０００１)(收稿日期:２０２２１０３１)摘要:对静电学中的电势能、相互作用能、自能、静电能、电场能等各种能量概念进行分析讨论,指出它们之间的区别与联系,并通过实例说明如何应用相关能量公式计算带电体的静电能．关键词:静电能;电场能;自能;互能;电势能在大学物理基础教学中,静电场的能量是静电学中的重要组成部分,教材[１３]中引入了多种能量概念,如电势能、相互作用能、自能、静电能、电场能等,相应的有各种能量计算公式．日常教学中发现,学生对这些概念的物理意义理解不够透彻,对它们之间的区别和联系容易混淆不清,不能灵活地应用相关能量公式．近年来也有相关方面的教学研究论文[４６]发表．本文针对静电场中的各种相关能量概念进行分析,探讨它们之间的区别和内在联系,并结合实例对带电体的静电能进行计算和讨论．１相关能量概念解析１．１电势能在静电学中,根据电场力做功与路径无关的特点,引入电势能的概念．电荷在电场中的电势能在数值上等于将此电荷从该点移到零电势能处时电场力所做的功．即Wa＝q∫“０”aEdl＝qUa(１)比如当点电荷q１位于点电荷q２的电场中的a点,且距q２的距离为r时(图１),取无穷远处为电势能零点,那么将q１从当前位置移到无穷远处时电场力做的功W＝q１∫∞rq２４πε０r２dr＝q１Ua＝q１q２４πε０r即为q１在a点所具有的电势能Wa＝q１q２４πε０r图１点电荷q１位于点电荷q２的电场中时的电势能如果是连续带电体位于外电场中,其电势能应将上式改写为W＝∫Udq(２)其中U代表外电场在带电体dq处产生的电势,它是空间位置的函数．需要注意的是,一个电荷在外电场中的电势能,属于电荷与激发该电场的场源电荷所共有,是一种相互作用的能量．１．２相互作用能对于由若干个带电体组成的系统,若把每一个带电体看作一个不可分割的整体,将各带电体从当前位置移到无限远处静电力做的功称为它们之间的相互作用能,简称互能．互能也等于将各带电体从无限远处移到当前位置时外力克服电场力所做的功．注意任意两个电荷之间的相互作用能属于二者所共—９１—２０２３年第１１期物理通报大学物理教学∗信息工程大学２０２２年教育教学研究项目“一体三翼的大学物理‘金课’研究”,项目编号:JXYJ２０２２C００６．作者简介:郭东琴(１９８１),女,硕士,副教授,主要从事可见光通信及大学物理的教学工作．有,因此相互作用能仅计算一次,不能重复．两个点电荷之间的...
