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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

电势差与电势的关系

与字面意义一致,电势差即为电势之差,AB两点的电势差满足下述关系:

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。

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。

电势差与电压的关系

两者是一个概念,不过研究的领域是不同的。为了辨析,我们就划分成两个概念。

在静电场这个章节,研究的是微观领域内电荷的运动、做功、能量,我们称之为电势差。

在含有导体的电路中我们重点研究大量电荷的移动(即电流),串并联关系,产生的热能,这个时候不会去研究单独某个电子的运动与做功情况,我们称之为电压。

问题:如何深入理解电势差的概念?

电势差的概念非常难理解,同学们要采用类比的方法来慢慢磨这个知识点。

类比高度差、重力做功与重力势能的关系,来理解电势差,电场力做功与电势能的关系。

某小球,从A移动到B,移动过程高度为正,即,从较高的位置A落到较低的位置B,重力做正功,重力势能降低。WG>0;EA>EB

某带正电的物体,从A移动到B,移动过程电势差为正,即,从较高的电势点A移动到较低的电势点B,电场力做正功,电势能降低。W>0;EA>EB

请同学们认真阅读上面的这两段话,接下来说负电问题。

正如,AB两点的高度差不会随着物体大小改变一样,AB两点的电势差,也不会因为带电的正负性改变。

然而,带电的正负性,会影响到电场力做功,电势能的变化也就不同了。

某带负电的物体,从A移动到B,移动过程电势差为正,即,从较高的电势点A移动到较低的电势点B,电场力做负功,电势能增加。W<0;EA<EB

电势差与电场运动电荷无关

学生静电场学习问题与王尚老师的答疑。主要解决学生问题:电势差与电荷的正负有关系吗?电势差的大小与电场力做功有关系吗?

学生物理问题

王尚老师您好,我们在学习静电场的内容。我这里学的比较困惑,概念太多,理解起来吃力。

比如电势差的概念,我们课堂老师讲的挺快的,没有说清楚,我没有跟上老师,后来发现很多题都做不对。

请问电势差与电荷的正负有关系吗?

电势差概念理解

王尚老师答疑

电势差的概念与基本求解式

电势差,说白了就是我们初中接触过的电压。同样的物理量,我们研究的领域不同,说法就不同。

我们静电场这个章节,研究的是微观领域内电荷的运动、做功、能量,并不是在含有导体的电路中研究电流、电势差(电压)的。后者是下个章节《恒定电路》中要学习的。

正电荷从A点移动到B点电场力做功,AB两点电势差等于做功与电荷的比值,公式表述就是UAB=W/q;请注意,计算时分子与分母要考虑正负性。

1.举个例子,如果是5C的正电荷,从A点移动到B点,电场力做功50J,那么UAB=50/5(v)=10(v);

2.再举例子,如果是5C的正电荷,从C点移动到D点,电场力做功-50J,那么UCD=-50/5(v)=-10(v);

3.再举例子,如果是5C的负电荷,从E点移动到F点,电场力做功50J,那么UEF=50/-5(v)=-10(v);

4.再举例子,如果是5C的负电荷,从G点移动到H点,电场力做功-50J,那么UGH=-50/-5(v)=10(v);

别问我为什么,就是这样计算,教材上也是这么讲的。

特别注意的是,分子、分母都考虑正负号,你记住就行,做题就不会出错。

搞懂了电势差的基本概念和计算公式了,接下来,我再说你的问题。

电势差与电势能

(1)电势差与电荷的正负有关系吗?

先来说答案:电势差与电场运动电荷无关。为什么呢?

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。还是借助高度差、重力势能与重力做功的关系来理解:

比如说,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。

你可以通过上面电势差的定义,和我举的四个例子,带几组数据,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,你会发现计算出的电势差U是一样的。

理解一个概念不容易,既要基于课本,又要超脱课本。

下面,我再补充一个问题,便于你更进一步理解电势差的概念,问题是:

(2)两点电势差的大小与电场力做功有关系吗?

答案是,没有关系。

因为,电势差是一个比值,做功多就是做功多,并不能说明电势差大。

还是借助高度差、重力势能与重力做功的关系来理解:

比如说,A点与B点的位置,到底谁高谁低,与物体的重力有关系吗?当然是没有关系的了。

只不过,越重的物体,其移动同样的高度,重力做功的绝对值越大。

反应到咱们这个问题上来,就是电场力做功多,有可能是电荷量多,比值不变。

更深入理解电势差的概念,我还推荐你阅读这篇文章:

电势能http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/480399.html

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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