電偶極子模型是指電量為q、相距為l的一對正負點電荷組成的電結構,O是中點,電偶極子的方向為從負電荷指向正電荷,用圖(a)所示的矢量表示.科學家在描述某類物質的電性質時,認為物質是由大量的電偶極子組成的,平時由于電偶極子的排列方向雜亂無章,因而該物質不顯示帶電的特性.當加上外電場后,電偶極子繞其中心轉動,最后都趨向于沿外電場方向排列,從而使物質中的合電場發生變化.
(1)如圖(b)所示,有一電偶極子放置在電場強度為E.的勻強外電場中,若電偶極子的方向與外電場方向的夾角為θ,求作用在電偶極子上的電場力繞O點的力矩;
(2)求圖(b)中的電偶極子在力矩的作用下轉動到外電場方向的過程中,電場力所做的功;
(3)求電偶極子在外電場中處于力矩平衡時,其方向與外電場方向夾角的可能值及相應的電勢能;
(4)現考察物質中的三個電偶極子,其中心在一條直線上,初始時刻如圖(c)排列,它們相互間隔距離恰等于 l.加上外電場E
O后,三個電偶極子轉到外電場方向,若在圖中A點處引人一電量為+q
0的點電荷(q
0很小,不影響周圍電場的分布),求該點電荷所受電場力的大小.
