高中物理實(shí)用辭典素材電勢能

1、【電勢能】與重力場一樣，靜電場是一個有勢場。在靜電場中所以能引入電勢能的概念，是因?yàn)殪o電場具有勢場的性質(zhì)。所謂的勢場，就是當(dāng)點(diǎn)電荷q在任意靜電場中運(yùn)動時，電場力所做的功只取決于運(yùn)動的始末位置而與路徑無關(guān)。這種性質(zhì)叫做有位性（有勢性），具有這種性質(zhì)的場叫做位場（勢場）。在靜電場中任意選取一個參考點(diǎn)，將正電荷q從該點(diǎn)移到靜電場中的另一點(diǎn)p在此過程中，如果是外力反抗電場力作功，則所作的功等于q從參考點(diǎn)移到p點(diǎn)所增加的電勢能。若從參考點(diǎn)到p點(diǎn)是電場力作正功則所作的功等于q所減少的電勢能。假如電荷q在參考點(diǎn)的電勢能為零，則將正電荷q由參考點(diǎn)反抗電場力使之移到p點(diǎn)所作的功就等于q在p點(diǎn)時所具有的電勢能。通

2、常把無窮遠(yuǎn)處定義為電勢能的零點(diǎn)。實(shí)用上常把地球表面作為電勢能的零點(diǎn)。在靜電場中將電荷q放在由點(diǎn)電荷q所激發(fā)的場中，如圖31所示，設(shè)點(diǎn)電荷q從場中的p1點(diǎn)沿某一路徑移到另一點(diǎn)p2，任取一元位移 ，設(shè)q在位移前后與q的距離分別為r和r。場力 在這一元位移上所作的元功da=fdlcosa。其中a是 與 的夾角，由圖可當(dāng)電荷q在點(diǎn)電荷q的場中運(yùn)動時電場力所作的功只取決于運(yùn)動電荷的始末位置，而與路徑無關(guān)。任何電荷在靜電場中的電勢能的數(shù)值是由該電荷和電源電荷以及它們之間的相對位置所決定。電荷在勻強(qiáng)電場中移動時，場力所作的功可以從功的定義直接計(jì)算，即w=fscos=qfscos。也可以根據(jù)電勢能的變化來計(jì)算

3、，即w=始終，對不均勻場，一般采用電勢能的變化來計(jì)算比較方便。由于電勢能等于電量q和電勢的乘積，所以電場力所作的功也可以寫成為w=q始-q終=q（始-終）。 【電勢】電勢是描寫電場的一個物理量，也稱為“電位”。靜電場中某點(diǎn)的電勢等于單位正電荷在該點(diǎn)時所具有的勢能。理論上常把“無窮遠(yuǎn)”處作為電勢零點(diǎn)，實(shí)用上則常取地球表面為電勢零點(diǎn)。故某點(diǎn)的電勢在數(shù)值上也等于單位正電荷從該點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)（或地面）時電場對它所作的功。這功與所經(jīng)路徑無關(guān)，所以場中各點(diǎn)的電勢各有一定數(shù)值。例如由正電荷所激發(fā)的場中的單位正電荷，從場中的某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)時，電場力作正功，則該點(diǎn)的電勢為正。如果是負(fù)電荷所激發(fā)的場，場中

4、某點(diǎn)的單位正電荷移到無窮遠(yuǎn)處，電場力所作的功為負(fù)，則該點(diǎn)的電勢也為負(fù)。和電勢能一樣，電勢的概念也是因?yàn)殪o電場具有“功和路程無關(guān)”的性質(zhì)而引入的，但電勢能和試探電荷的正負(fù)大小有關(guān)，而電勢完全取決于電場本身，它的數(shù)值只和場源電荷的電性、電量大小及所考慮的點(diǎn)的位置有關(guān)，和試探電荷的數(shù)值及存在與否無關(guān)。因?yàn)閷﹄妶鲋兄付c(diǎn)電勢的單位就是由此公式規(guī)定的。正點(diǎn)電荷q0的電場中各點(diǎn)電勢都是正物理量，但電勢和電場作功相聯(lián)系，場強(qiáng)和電場力相聯(lián)系，所以前者是標(biāo)量，后者是矢量。在計(jì)算場的迭加問題時，電勢取標(biāo)量和，場強(qiáng)用矢量和。在勻強(qiáng)電場中，電荷q沿電場方向移動距離d，電場力所作的功w=qed，而電勢能改變量為qab，

5、a、b為電荷q的始點(diǎn)和終點(diǎn)。根據(jù)功能關(guān)系，二者應(yīng)該相等，即qed=qab，位距離的電勢差（電壓），方向指向電勢降落的方向。對于非均勻場，向電勢降落的方向。這一關(guān)系非常重要，因?yàn)樵趯?shí)踐中一般能直接測量的是各個導(dǎo)體的電勢，求得電勢后就可利用求導(dǎo)數(shù)而計(jì)算場強(qiáng)。直接求解含有電場強(qiáng)度的矢量方程是比較困難的，而求解含有電勢的標(biāo)量方程，相對說來較為方便（理論物理中的泊松方程和拉普拉斯方程就是電勢解場的實(shí)例）?！镜葎菝妗恳喾Q為“等位面”。在有勢場中，勢的數(shù)值相等的各點(diǎn)所聯(lián)成的面。一般規(guī)定每隔一定數(shù)值的勢畫一等勢面，場較強(qiáng)的地方等勢面較密，較弱的地方較疏，因此等勢面是描述場分布情況的一種直觀圖象。例如點(diǎn)電荷產(chǎn)生

6、的靜電場，等勢面是以點(diǎn)電荷為中心的一組同心球面，且內(nèi)密外疏。電荷沿同一等勢面移動時，電場力不作功，所以等勢面與電場方向永遠(yuǎn)是垂直的。靜電場中的任何導(dǎo)體的表面都是等勢面；又因其內(nèi)部不存在電場，它同時也是一個等勢體。靜電場中的電力線處處和等勢面相垂直，并指向電勢降落的方向?！倦妱莶睢快o電場中或直流電路中兩點(diǎn)間電勢的差值，也稱為“電位差”或“電壓”。數(shù)值上等于電場力使單位正電荷從一點(diǎn)移動到另一點(diǎn)時所作的功。在交流電路中，兩點(diǎn)間的電勢差在正負(fù)極大值之間作周期性變化，所以電勢差只有瞬時值的意義，常用有效值表示，一般交流用下總是從電勢高的地方走向電勢低的地方。假定a點(diǎn)的電勢為a，b點(diǎn)的電勢為b，而ab，把

7、正電荷q從a點(diǎn)移到b點(diǎn)，q的電勢能減少量為qa-qb即w=q（a-（b）=qab，ab就是ab兩點(diǎn)間的電勢差（或電壓）?！倦娮臃亍吭谘芯吭?、原子核、基本粒子等微小粒于時，往往用電子伏特作為能量單位。1電子伏特，就是帶有單個電子電量的帶電粒子，在電壓為1伏特的兩點(diǎn)間，在電場力作用下粒子所增加的能量。它是帶電粒子加速器中的能量單位，用起來比較方便。比如說這臺加速器是1億電子伏的能量，就是說，他能把單位電荷的粒子加速而得到1億電子伏的能量。國際通用的符號是ev。1電子伏特=1ev=1.6×10-19庫侖×1伏=1.6×10-19焦耳?！緞驈?qiáng)電場】在電場中，各個點(diǎn)的電

8、場強(qiáng)度的大小和方向均相同的場叫勻強(qiáng)電場。在勻強(qiáng)電場中的等勢面是垂直于電力線的一族互相平行的平面。在勻強(qiáng)電場中，沿場強(qiáng)方向的兩點(diǎn)間的電勢差等于場強(qiáng)和這兩點(diǎn)間距離的乘積。即場強(qiáng)在數(shù)值上等于沿場強(qiáng)方向每單位距離上的電勢電勢在電場方向上的變化是均勻的。 【電場強(qiáng)度與電勢差】在勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度與電勢差之間的關(guān)系為ab=ed，其中d是ab兩點(diǎn)間沿電場方向的距離。如圖32所示。對于非勻強(qiáng)電場，單位正電荷從p點(diǎn)移到參考點(diǎn)p0時電場力所作的功，叫做p點(diǎn)的電位（或電勢），記作。既然場力所做的功與場強(qiáng)有關(guān)。就應(yīng)找到電勢與場強(qiáng)的關(guān)系。點(diǎn)電荷q從p到p0點(diǎn)時場力所做的功位移向量的標(biāo)量積）。對場中任意兩點(diǎn)電

9、勢之差（電壓）與電場強(qiáng)度之 位是點(diǎn)函數(shù)，電壓不是點(diǎn)函數(shù)。應(yīng)該養(yǎng)成“對一點(diǎn)談電勢，對兩點(diǎn)談電壓”的習(xí)慣；（2）在許多情況下不但要關(guān)心兩點(diǎn)電壓的絕對值，而且要關(guān)心這兩點(diǎn)的電勢誰高誰低。一般以ab表示a-b，（稱為“a對b的電壓”），于是從ab的正負(fù)便表示了a、b電位的高低；（3）靜電場力所作的功與路徑無關(guān)，所以當(dāng)電場確定時，兩點(diǎn)的電壓就完全確定，但電位卻與參考點(diǎn)的位置有關(guān)。因此說到某點(diǎn)的電勢時，一定要明確指出參考點(diǎn)。只要在同一問題中選定一個參考點(diǎn)，電勢就有確定的 表示的為電勢與場強(qiáng)的微分關(guān)系。此式說明，（1）一點(diǎn)的場強(qiáng)與過該點(diǎn)的等位面垂直，而且指向電位減小的方向；（2）某點(diǎn)場強(qiáng)的大小等于該點(diǎn)電勢沿等勢面法向的變化率（沿法向的方向?qū)?shù)）?！倦妶鲋械膸щ娏Ｗ印吭陟o電場中的帶電粒子總是沿著電場方向或逆著電場方向受到電場力的作用。帶正電荷的粒子所受的力是沿電場方向的，帶負(fù)電荷的粒子所受的力則沿著電場的反方向。也就是說，帶正電荷的粒子從電勢高的地方向電勢低的地方做加速運(yùn)動。而帶負(fù)電荷的粒子則從電勢低的地方向電勢高的地方做加速移動。例如帶正電粒子從高電位開始運(yùn)動到低電位。如果高電位與低電位之間的電勢差為，則在