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电势能、电势、电势差这三个物理量密切相关,代表了电场的能量性质。 这三个概念都很重要,但需要强调对电位差概念的理解和应用。
1. 电势能
1、电场力做功
W=F·S
S应为沿电场线方向的位移。 F和S的方向决定了电场力做正功还是负功。电场力所做的功与路径无关。 与重力功对比一下就可以理解上面的内容了。
2、电势能:
电荷在电场中的势能与重力势能一样,是通过确定0势能的位置来确定的。 高于零电势能的电势能为正,低于零电势能的电势能为负。 电势能用ε表示,单位为焦耳(J)
3、电势能与电场力做功的关系
W=-△ε△ε=ε2 -ε1,电场力做正功,电势能减小,电场力做负功,电势能增大。 比较一下引力功与引力势能变化的关系。
2. 电势
1.电势的定义:
图 1 显示了正点电荷的电场,该点电荷距离 Q 无限远,此时势能为零。 带有不同电量的正电荷q1、q2、q3…在电场中从无穷远的A点移动到B点。 电场力所做的负功为W1、W2、W3……,因此B点电荷的电势能应为ε1、ε2、ε3。 虽然 q 不同,ε 不同,但它们的比率是,
同样,有了这样的理解,电势的概念就是B处单位电荷的电势能,或者可以理解为1库仑电荷从B到A处的电场力所做的功。
2、电势是一个标量,单位:伏特,缩写为伏特,用V表示,1V=1J/C。 从上述过程分析可以看出,距场源无限远处电势为0。
(1)在正电荷的电场中,电势处处为正; 在负电荷的电场中,各处的电势都是负的。
(2)沿电力线方向,电势降低。
3、电势能与电势的关系ε=υq,比较电场力与电场强度的联系与区别。 为了确定q在正电荷或负点电荷的电场中的电势能是正还是负,需要考虑q为正电荷或负电荷的两种情况。
4、等势面:电场中电势相等的点所构成的面
(1) 电荷在同一等势面上任意两点之间移动时,电场力不做功,这与物体在同一水平面上移动的重力不做功是一样的。
(2)等势面必须垂直于电场线
(3)均匀电场中的等势面是一族垂直于电场线的平面。考虑点电荷电场等势面的情况
(4) 处于静电平衡状态的导体是等位体。等位体的电势不为零
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3. 电位差
1、电势差的定义:电场中两点之间的电势差。 也称为电压。
单位:伏特 符号:U
当UAB=UA-UBUA>UB时,UAB>0为正; 当UA<UB时,UAB<0为负值。
2、电场力的功:W=UABq。 当UA>UB时,q为正电荷。 电场力做正功,电势能减小电势差,等于UAq>Ubq。 当q为负电荷时,电场力做负功,电势能增大电势差,与-UAq < -Ubq一致。
3、电位差的物理意义:
电势差的值是电场力在电场力的作用下使两点之间移动一库仑的正电荷所做的功。 例如:UAB=10V,正电荷电场力移动1库仑做10J的功,负电荷电场力移动1库仑做-10J的功。
4. 电子伏特是能量单位。 1电子伏(国际符号为eV)是电子在电压为1V的两点之间移动时,电场力所做的功。 1eV=1.6×10-19J
5、在均匀电场中,场强与电势差的关系:
(1)沿场强方向电势下降最快的方向
(2)场强单位1V/m=1N/c
(3)在均匀电场中,电场强度可以理解为在数值上等于沿场强方向每单位距离减小的电势的场强。