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電勢

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Bkku7.jpg

在電場中,某點(diǎn)電荷的電勢能跟它所帶的電荷量之比,叫做這點(diǎn)的電勢(也可稱電位)。電勢是從能量角度上描述電場的物理量。(電場強(qiáng)度則是從力的角度描述電場)

也可以定義為:

(1)單位正電荷由電場中某點(diǎn)A移到參考點(diǎn)O(即零勢能點(diǎn),一般取無限遠(yuǎn)處或者大地為零勢能點(diǎn))時電場力做的功與其所帶電量的比值。

所以φA=WAO/q。在國際單位制中的單位是伏特(V)。

(2)電場中某點(diǎn)相對參考點(diǎn)O電勢的差,叫該點(diǎn)的電勢。

“電場中某點(diǎn)的電勢在數(shù)值上等于單位正電荷在那一點(diǎn)所具有的電勢能?!?/p>

公式:ε=qφ(其中ε為電勢能,Q為電荷量,φ為電勢),即φ=ε/q

在電場中,某點(diǎn)的電荷所具的電勢能跟它的所帶的電荷量之比是一個常數(shù),它是一個與電荷本身無關(guān)的物理量,它與電荷存在與否無關(guān),是由電場本身的性質(zhì)決定的物理量。

電勢也是只有大小,沒有方向,也是標(biāo)量。

和地勢一樣,電勢也具有相對意義,在具體應(yīng)用中,常取標(biāo)準(zhǔn)位置的電勢能為零,所以標(biāo)準(zhǔn)位置的電勢也為零。電勢只不過是和標(biāo)準(zhǔn)位置相比較得出的結(jié)果。我們常取地球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)位置;在理論研究時,我們常取無限遠(yuǎn)處為標(biāo)準(zhǔn)位置,在習(xí)慣上,我們也常用“電場外”這樣的說法來代替“零電勢位置”。

電勢是一個相對量,其參考點(diǎn)是可以任意選取的。無論被選取的物體是不是帶電,都可以被選取為標(biāo)準(zhǔn)位置 -------零參考點(diǎn)。例如地球本身是帶負(fù)電的,其電勢相對于無窮遠(yuǎn)處約為8.2×108V。盡管如此,照樣可以把地球作為零電勢參考點(diǎn),同時由于地球本身就是一個大導(dǎo)體,電容量很大,所以在這樣的大導(dǎo)體上增減一些電荷,對它的電勢改變影響不大。其電勢比較穩(wěn)定,所以,在一般的情況下,還都是選地球?yàn)榱汶妱輩⒖键c(diǎn)。  

目錄

電勢的特點(diǎn)是:

不管是正電荷的電場線還是負(fù)電荷的電場線,只要順著電場線的方向總是電勢減小的方向,逆著電場線總是電勢增大的方向。所以同一電場線上,任意兩點(diǎn)電勢不相等。

正電荷電場中各點(diǎn)電勢為正,遠(yuǎn)離正電荷,電勢降低。

負(fù)電荷電場中各點(diǎn)電勢為負(fù),遠(yuǎn)離負(fù)電荷,電勢增高。  

物理意義:

(1)由電場中某點(diǎn)位置決定,反映電場能的性質(zhì)。

(2)與檢驗(yàn)電荷電量、電性無關(guān)。

(3)表示將1C正電荷移到參考點(diǎn)電場力做的功。  

電勢差與電勢的關(guān)系:

∵WAB=WAO-WBO=qUAB

∴UAB=WAO/q-WBO/q=φA-ψB

∴UAB=φA-φB

電場力做功:①公式:W=qU

②∵ U由電場中兩點(diǎn)位置決定,∴W由q,U決定與路徑無關(guān),和重力做功一樣,屬于保守力做功。

③特點(diǎn):電場力做功由移動電荷和電勢差決定,與路徑無關(guān)。


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電荷周圍產(chǎn)生的靜電場的電勢差與電勢的公式與推導(dǎo):

一場源點(diǎn)荷為Q,在距Q為r的A點(diǎn)有一點(diǎn)電荷為q,求證:此A處電勢φ=kQ/r

證明:設(shè)無窮遠(yuǎn)處電勢為0,則在電場力的作用下,q從r處運(yùn)動到無窮遠(yuǎn),電場力做功為qU.

將A到無窮遠(yuǎn)這段距離無限等分最遠(yuǎn)處距離為r0,A 處為rn,(0,1,2,……n為下標(biāo))

kQq*(r(n-1)-rn)/rn^2+kQq*(r(n-2)-r(n-1))/r(n-1)^2+……+kQq*(r2-r3)/r3^2+kQq*(r1-r2)/r2^2+kQq*(r0-r1)/r1^2=qU

kQq*(r(n-1)-rn)/(rn*r(n-1))+kQq*(r(n-2)-r(n-1))/(r(n-1)*r(n-2))+……+kQq*(r2-r3)/(r3*r2)+kQq(r1-r2)/(r2*r1)+kQq*(r0-r1)/(r1*r0)=qU

因此,kQ/rn-kQ/r(n-1)+kQ/r(n-1)-kQ/r(n-2)+……+kQ/r3-kQ/r2+kQ/r2-kQ/r1+kQ/r1-kQ/r0=U

kQ/rn-kQ/r0=U

kQ/rn-0=φ-0

φ=kQ/rn,即φ=kQ/r  

電源的電動勢:

電源的電動勢,是指非靜電力把單位正電荷從電源的負(fù)極移動到正極(或者把單位負(fù)電荷從電源的正極推向負(fù)極)所做的功。電源的電動勢與電流和電壓是有關(guān)系的,具體可看下面對電流與電壓的說明,若要知道它們之間的數(shù)量關(guān)系還需知道具體的電路參數(shù)(如電路中的電阻等)。

因?yàn)橛辛穗妱觿荩姾稍陔娫磧?nèi)部的能量提高了,處于電源正極的正電荷(或負(fù)極的負(fù)電荷)具有對電源以外的電路做功的能量。如果用一條可導(dǎo)電的支路將電源的兩個電極進(jìn)行連接,電荷在電源的作用下就能在導(dǎo)電支路中流動,電荷的定向流動稱為電流。

電荷流動時,電荷所具有的能量在電路中釋放,電路及電路中所連接的元件將吸收電荷的能量。經(jīng)過能量吸收,電荷釋放能量其本身所含的能量后變小,人們用電壓降落來衡量電荷在電路中釋放能量的能力大小。當(dāng)電流流過電路時,將在電路的每一小段中產(chǎn)生一定的電壓降落,用來表示電荷流過該小段釋放(或該小段電路吸收)的電能的大小。電壓降落簡稱電壓。兩點(diǎn)之間的電壓是指單位正電荷在電源的作用下經(jīng)過這兩點(diǎn)時所做的功。  

電勢的固有性:

電勢φ是表示電場的能的性質(zhì)的物理量,電場中某點(diǎn)處電勢φ的大小是由電場本身的因素決定的,與在該處是否放置電荷、電荷的性質(zhì)、電荷量的多少均無關(guān),它只是用比值Ep/q下的定義,但與Ep和q均無關(guān)。

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