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電勢能、電勢、電勢差三個物理量聯繫密切,表示電場的能的性質。三個概念均很重要,但需要突出電勢差概念的理解和應用。
一、電勢能
1.電場力的功
W=F· S
S應是沿電場線方向位移,根據F 、 S 的方向決定電場力做正功、負功。電場力做功與路徑無關,與重力功比較理解上述內容
2.電勢能:
電荷在電場中具有的勢能,和重力勢能一樣要確定0勢能的位置。比0電勢能高的電勢能為正,比零電勢能低的電勢能為負。電勢能用ε表示,單位焦耳(J)
3.電勢能與電場力的功的關係
W=-△ε △ε=ε2 - ε1 ,電場力做正功電勢能減少,電場力做負功電勢能增加。與重力功和重力勢能變化的關係進行比較。
二、電勢
1.電勢定義:
圖1所示為正點電荷的電場,為距Q無窮遠處,此處電勢能為零,把電量不同的正電荷q1、q2、q3……從無窮遠處A點移到電場中B點,電場力做負功為W1、W2、W3……,所以電荷在B點電勢能應為ε1、ε2、ε3,雖然q不同,ε不同,但它們比值,相同,用此理解,電勢的概念為單位電量電荷在B處所具有的電勢能,或理解為1庫侖的電荷從B到A電場力做的功。
2. 電勢是標量,單位:伏特簡稱伏,用V表示,1V=1J/C。從上面過程分析可知,在離場源無窮遠處電勢為0。
(1) 正電荷電場中,處處電勢為正,負電荷電場中,處處電勢為負。
(2)沿電力線方向,電勢降低。
3.電勢能與電勢的關係,ε=υq,對照電場力和電場強度的聯繫和區別進行比較。判 斷q在正、負點電荷電場中的電勢能的正負,分q為正、負電荷兩種情況考慮。
4.等勢面:電場中電勢相等的點構成的面
(1)在同一等勢面上的任意兩點間移動電荷電場力不做功,與在同一水平面上移動的物體重力不做功的道理一樣
(2)等勢面一定與電場線垂直
(3)勻強電場中的等勢面是與電場線垂直的一族平面。思考點電荷電場等勢面情況
(4)處於靜電平衡的導體是等勢體。等勢體不是電勢為零
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三、電勢差
1.電勢差的定義:電場中兩點間的電勢的差值。又叫電壓。
單位:伏特 符號:U
UAB=UA-UB UA>UB時,UAB>0為正,UA<UB時,UAB<0為負
2.電場力的功:W=UABq,當 UA>UB時q為正電荷電場力做正功,電勢能減少,與 UAq>Ubq相等。q為負電荷時電場力做負功,電勢能增加,與-UAq<-Ubq相符。
3.電勢差的物理意義:
電勢差的值即為電場力作用下兩點間移動一庫侖正電荷電場力做的功。例如:UAB=10V,移動1庫侖正電荷電場力做功10J,1庫侖負電荷電場力做功-10J。
4.電子伏特,是能量單位,1電子伏特(國際符號是eV)就是在電壓為1V的兩點間移動電子時電場力做的功。1eV=1.6×10-19J
5.在勻強電場中,場強與電勢差的關係:
(1)沿場強方向電勢降低最快的方向
(2)場強單位 1V/m=1N/c
(3)在勻強電場中,電場強度可理解為,場強在數值上等於沿場強方向每單位距離上降低的電勢。