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電勢能、電勢、電勢差這三個物理量密切相關(guān),代表了電場的能量性質(zhì)。 這三個概念都很重要,但需要強調(diào)對電位差概念的理解和應(yīng)用。
1. 電勢能
1、電場力做功
W=F·S
S應(yīng)為沿電場線方向的位移。 F和S的方向決定了電場力做正功還是負(fù)功。電場力所做的功與路徑無關(guān)。 與重力功對比一下就可以理解上面的內(nèi)容了。
2、電勢能:
電荷在電場中的勢能與重力勢能一樣,是通過確定0勢能的位置來確定的。 高于零電勢能的電勢能為正,低于零電勢能的電勢能為負(fù)。 電勢能用ε表示,單位為焦耳(J)
3、電勢能與電場力做功的關(guān)系
W=-△ε△ε=ε2 -ε1,電場力做正功,電勢能減小,電場力做負(fù)功,電勢能增大。 比較一下引力功與引力勢能變化的關(guān)系。
2. 電勢
1.電勢的定義:
圖 1 顯示了正點電荷的電場,該點電荷距離 Q 無限遠(yuǎn),此時勢能為零。 帶有不同電量的正電荷q1、q2、q3…在電場中從無窮遠(yuǎn)的A點移動到B點。 電場力所做的負(fù)功為W1、W2、W3……,因此B點電荷的電勢能應(yīng)為ε1、ε2、ε3。 雖然 q 不同,ε 不同,但它們的比率是,
同樣,有了這樣的理解,電勢的概念就是B處單位電荷的電勢能,或者可以理解為1庫侖電荷從B到A處的電場力所做的功。
2、電勢是一個標(biāo)量,單位:伏特,縮寫為伏特,用V表示,1V=1J/C。 從上述過程分析可以看出,距場源無限遠(yuǎn)處電勢為0。
(1)在正電荷的電場中,電勢處處為正; 在負(fù)電荷的電場中,各處的電勢都是負(fù)的。
(2)沿電力線方向,電勢降低。
3、電勢能與電勢的關(guān)系ε=υq,比較電場力與電場強度的聯(lián)系與區(qū)別。 為了確定q在正電荷或負(fù)點電荷的電場中的電勢能是正還是負(fù),需要考慮q為正電荷或負(fù)電荷的兩種情況。
4、等勢面:電場中電勢相等的點所構(gòu)成的面
(1) 電荷在同一等勢面上任意兩點之間移動時,電場力不做功,這與物體在同一水平面上移動的重力不做功是一樣的。
(2)等勢面必須垂直于電場線
(3)均勻電場中的等勢面是一族垂直于電場線的平面。考慮點電荷電場等勢面的情況
(4) 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是等位體。等位體的電勢不為零
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3. 電位差
1、電勢差的定義:電場中兩點之間的電勢差。 也稱為電壓。
單位:伏特 符號:U
當(dāng)UAB=UA-UBUA>UB時,UAB>0為正; 當(dāng)UA<UB時,UAB<0為負(fù)值。
2、電場力的功:W=UABq。 當(dāng)UA>UB時,q為正電荷。 電場力做正功,電勢能減小電勢差,等于UAq>Ubq。 當(dāng)q為負(fù)電荷時,電場力做負(fù)功,電勢能增大電勢差,與-UAq < -Ubq一致。
3、電位差的物理意義:
電勢差的值是電場力在電場力的作用下使兩點之間移動一庫侖的正電荷所做的功。 例如:UAB=10V,正電荷電場力移動1庫侖做10J的功,負(fù)電荷電場力移動1庫侖做-10J的功。
4. 電子伏特是能量單位。 1電子伏(國際符號為eV)是電子在電壓為1V的兩點之間移動時,電場力所做的功。 1eV=1.6×10-19J
5、在均勻電場中,場強與電勢差的關(guān)系:
(1)沿場強方向電勢下降最快的方向
(2)場強單位1V/m=1N/c
(3)在均勻電場中,電場強度可以理解為在數(shù)值上等于沿場強方向每單位距離減小的電勢的場強。