電勢(shì)
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在電場(chǎng)中,某點(diǎn)電荷的電勢(shì)能跟它所帶的電荷量之比,叫做這點(diǎn)的電勢(shì)(也可稱電位)。電勢(shì)是從能量角度上描述電場(chǎng)的物理量。(電場(chǎng)強(qiáng)度則是從力的角度描述電場(chǎng))
也可以定義為:
(1)單位正電荷由電場(chǎng)中某點(diǎn)A移到參考點(diǎn)O(即零勢(shì)能點(diǎn),一般取無(wú)限遠(yuǎn)處或者大地為零勢(shì)能點(diǎn))時(shí)電場(chǎng)力做的功與其所帶電量的比值。
所以φA=WAO/q。在國(guó)際單位制中的單位是伏特(V)。
(2)電場(chǎng)中某點(diǎn)相對(duì)參考點(diǎn)O電勢(shì)的差,叫該點(diǎn)的電勢(shì)。
“電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)在數(shù)值上等于單位正電荷在那一點(diǎn)所具有的電勢(shì)能。”
公式:ε=qφ(其中ε為電勢(shì)能,Q為電荷量,φ為電勢(shì)),即φ=ε/q
在電場(chǎng)中,某點(diǎn)的電荷所具的電勢(shì)能跟它的所帶的電荷量之比是一個(gè)常數(shù),它是一個(gè)與電荷本身無(wú)關(guān)的物理量,它與電荷存在與否無(wú)關(guān),是由電場(chǎng)本身的性質(zhì)決定的物理量。
電勢(shì)也是只有大小,沒(méi)有方向,也是標(biāo)量。
和地勢(shì)一樣,電勢(shì)也具有相對(duì)意義,在具體應(yīng)用中,常取標(biāo)準(zhǔn)位置的電勢(shì)能為零,所以標(biāo)準(zhǔn)位置的電勢(shì)也為零。電勢(shì)只不過(guò)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(shí),我們常取無(wú)限遠(yuǎn)處為標(biāo)準(zhǔn)位置,在習(xí)慣上,我們也常用“電場(chǎng)外”這樣的說(shuō)法來(lái)代替“零電勢(shì)位置”。
電勢(shì)是一個(gè)相對(duì)量,其參考點(diǎn)是可以任意選取的。無(wú)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(shì)相對(duì)于無(wú)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(shì)參考點(diǎn),同時(shí)由于地球本身就是一個(gè)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(duì)它的電勢(shì)改變影響不大。其電勢(shì)比較穩(wěn)定,所以,在一般的情況下,還都是選地球?yàn)榱汶妱?shì)參考點(diǎn)?! ?/p>
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電勢(shì)的特點(diǎn)是:
不管是正電荷的電場(chǎng)線還是負(fù)電荷的電場(chǎng)線,只要順著電場(chǎng)線的方向總是電勢(shì)減小的方向,逆著電場(chǎng)線總是電勢(shì)增大的方向。所以同一電場(chǎng)線上,任意兩點(diǎn)電勢(shì)不相等。
正電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)為正,遠(yuǎn)離正電荷,電勢(shì)降低。
負(fù)電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)為負(fù),遠(yuǎn)離負(fù)電荷,電勢(shì)增高?! ?/p>
物理意義:
(1)由電場(chǎng)中某點(diǎn)位置決定,反映電場(chǎng)能的性質(zhì)。
(2)與檢驗(yàn)電荷電量、電性無(wú)關(guān)。
(3)表示將1C正電荷移到參考點(diǎn)電場(chǎng)力做的功?! ?/p>
電勢(shì)差與電勢(shì)的關(guān)系:
∵WAB=WAO-WBO=qUAB
∴UAB=WAO/q-WBO/q=φA-ψB
∴UAB=φA-φB
電場(chǎng)力做功:①公式:W=qU
②∵ U由電場(chǎng)中兩點(diǎn)位置決定,∴W由q,U決定與路徑無(wú)關(guān),和重力做功一樣,屬于保守力做功。
③特點(diǎn):電場(chǎng)力做功由移動(dòng)電荷和電勢(shì)差決定,與路徑無(wú)關(guān)。
電荷周圍產(chǎn)生的靜電場(chǎng)的電勢(shì)差與電勢(shì)的公式與推導(dǎo):
一場(chǎng)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(shì)φ=kQ/r
證明:設(shè)無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為0,則在電場(chǎng)力的作用下,q從r處運(yùn)動(dòng)到無(wú)窮遠(yuǎn),電場(chǎng)力做功為qU.
將A到無(wú)窮遠(yuǎn)這段距離無(wú)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(dòng)勢(shì):
電源的電動(dòng)勢(shì),是指非靜電力把單位正電荷從電源的負(fù)極移動(dòng)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(dòng)勢(shì)與電流和電壓是有關(guān)系的,具體可看下面對(duì)電流與電壓的說(shuō)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?dòng)勢(shì),電荷在電源內(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(duì)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(gè)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(dòng),電荷的定向流動(dòng)稱為電流。
電荷流動(dòng)時(shí),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(guò)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(lái)衡量電荷在電路中釋放能量的能力大小。當(dāng)電流流過(guò)電路時(shí),將在電路的每一小段中產(chǎn)生一定的電壓降落,用來(lái)表示電荷流過(guò)該小段釋放(或該小段電路吸收)的電能的大小。電壓降落簡(jiǎn)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(guò)這兩點(diǎn)時(shí)所做的功?! ?/p>
電勢(shì)的固有性:
電勢(shì)φ是表示電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量,電場(chǎng)中某點(diǎn)處電勢(shì)φ的大小是由電場(chǎng)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(wú)關(guān),它只是用比值Ep/q下的定義,但與Ep和q均無(wú)關(guān)。
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