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电势差

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电势差的概念

电势差就是我们初中接触过的电压,也称作电位差,是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。

电势差大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功,公式表述就是U=W/q;

电势差虽然是标量,不过也是有方向的。这一点类似于电流。

电势差的方向规定为从高电势点指向低电势点的方向。电势差的国际单位制为伏特(V,简称伏),常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。

电势差

电势差与高度差的类比

静电场中的电势差运算,完全不同于初中的电路运算,几乎都是和能量、做功联系在一起的,是一个非常抽象的概念。

为了便于同学们理解,高中物理网将电势差与高度差进行类比。下面我们以正电荷为例进行说明。

假设在某电场中,把一个正电荷从A移动到B,电场力正功,那么U=W/q为正;说明A点的电势比B点高。

假设在重力场中,把一个质点从A移动到B,重力做正功,那么H=W/mg,也为正;说明A点比B点的位置要高。

假设在某电场中,如果把一个负电荷从A移动到B,电场正功,那么U=W/q为负;说明A点的电势比B点低。

假设在某电场中,如果把一个负电荷从A移动到B,电场负功,那么U=W/q为正;说明A点的电势比B点高。

假设在重力场中,把一个质点从A移动到B,重力做负功,那么H=W/mg,也为负;说明A点比B点的位置要低。

电势差与电场运动电荷无关

两点A与B之间的电势差,由其本身的位置和原始的电场决定,与电场中运动电荷的正负无关。

这一点,就犹如A点与B点的位置,到底谁高谁低,并不是由被举高或自由下落的外在物体决定的。

因此,把负电荷从A移动到B,计算出的电势差U,与把正电荷从A移动到B,计算出的电势差U是一样的。

电势差

电势差的公式

与电势差概念相关的物理公式有两个:

电势差

电势差

此外,还有电势差与匀强场强的关系U=E*d;以及电容的关系式U=Q/C;

电势差和电势能的关系

电荷在移动中电势会改变,如果这个过程中电场力做正功,那么电势能减小。

反之,如果这个过程中电场力做负功,那么电势能增大。

根据功与能的对应关系,电势能的改变量的绝对值,等于电荷量与电势差乘积(qU)的绝对值。

电势差和电场强度的关系

匀强电场中,电势差与电场强度的关系是U=Ed;

简单的证明过程是:U=W/q=Fs/q=Es=Ed;这里的s就是d,指的是沿着电场线方向的运动距离。

电势差和等势面

由各个相等的电势,组成一个面,这样的面我们称之为等势面。等势面上所有的点,电势都相等。任意两点的电势差为零。

电场线总是与等势面正交,并指向电势降低的方向。

电势差与电容的关系

对平行板电容器而言,电势差与电容的关系为:C=Q/U;C指的是电容,U指的是两板间的电势差,Q指的是电荷量。

电势差与验电器

参考文献

电场强度http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/480396.html

电势的概念http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/480398.html


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