“顿牟缀芥”是两干多年前我国古人对摩擦起电现象的观察记录，“顿牟缀芥”是指经摩擦后的带电琥珀能吸起小物体。我...

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“顿牟缀芥”是两干多年前我国古人对摩擦起电现象的观察记录，“顿牟缀芥”是指经摩擦后的带电琥珀能吸起小物体。我们可以将其简化为下述模型分析探究。

在某处固定一个电荷量为Q的点电荷，在其正下方h处有一个原子。在点电荷产生的电场(场强为E)作用下，原子的负电荷中心与正电荷中心会分开很小的距离l，形成电偶极子。描述电偶极子特征的物理量称为电偶极矩p，p=ql，这里q为原子核的电荷。实验显示，p=αE，α为原子的极化系数，是与原子本身特*有关的物理量，反映原子被极化的难易程度。被极化的原子与点电荷之间产生作用力F。在一定条件下，原子会被点电荷“缀”上去。

(1)判断F是吸引力还是排斥力?简要说明理由；

(2)若固定点电荷的电荷量增加一倍，力F如何变化？

(3)若原子与点电荷间的距离减小为原来的一半，力F如何变化？

【回答】

解析：（1）F为吸引力。理由：当原子极化时,，与Q异*的电荷在库仑力作用下移向Q，而与Q同*的电荷在库仑力作用下远离Q，这样异*电荷之间的吸引力大于同*电荷之间的排斥力，总的效果表现为F是吸引力。

（2）电荷Q与分离开距离l的一对异*电荷之间的总作用力为：

F=k- k

考虑到l<<h，化简得：F=kqQ（-）=2 kQql/h3.

利用p=ql，可得F=2 kQp/h3.

根据点电荷电场强度公式，若固定点电荷的电荷量增加一倍，即Q增大为2Q，被极化的原子处的电场强度E增大到原来的2倍。由p=αE可知电偶极矩p增大到原来的2倍。

由F=2 kQp/h3.可知作用力F增大到原来的4倍。

(3) 根据点电荷电场强度公式，若原子与点电荷间的距离减小为原来的一半，即h减小为原来的一半，被极化的原子处的电场强度E增大到原来的4倍。由p=αE可知电偶极矩p增大到原来的4倍。