电势差的公式
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。
与电势差概念相关的物理公式有两个:
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
【知识拓展】
电势差是静电场中较难理解的概念。要深入理解电势差,需要从其概念,及其与电势、电势能、电压、电场力做功、电荷正负性之间的关联来剖析。本文对这些问题做了详细的解析。
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。
电势差的公式
与电势差概念相关的物理公式有两个:
忘记时间 胡歌
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。
us against the world
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烛光晚餐的音乐>EB;
请同学们认真阅读上面的这两段话,接下来说负电问题。
搞笑歌曲串烧
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;黄龄资料
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。
徐太志电势差和等势面
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。