1.定义:
电势差是指电场中两点之间电势的差值,也叫电压,用字母U表示。
2.公式:
Uab=φa-φb
电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时,电场力所做的功与电荷量的比值叫做A、B两点的电势差[1]。关系式为
Uab=Wab/q
3.单位:
在国际单位制中,电势差的单位是伏特,简称为伏,符号是V。1库电荷从电场中的一点移动到另一点,如果电场力做了1焦耳的功,这两点间的电势差就是1伏。
4。物理意义:
1.由电场中两点位置决定,反映电场能的性质。
2.
与检验电荷电量、电性无关。
3.
表示移动单位电量正电荷,电场力做的功。
由此得出:顺电场线移动正电荷做正功,反之则反;但功跟电量比值不变,由两点位置决定,且为正值。
逆电场线移动正电荷做负功,反之则反;但功跟电量比值不变,由两点位置决定,且为负值。
5.与电场强度的关系:
(1)大小关系
UAB=Ed或E=UAB
/d
如图所示的匀强电场中,把一点电荷q从A移到B,则电场力做功为:W=qUAB且与路径无关。另外,由于是匀强电场。所以移动电荷时,电场力为恒力,可仍用求功公式直接求解,假设电荷所走路径是由A沿直线到达B,则做功W=F·AB·cosθ=F·q·AB·cosθ=E·q·BC,两式相比较,E=UAB/BC=U/d,这就是电场强度与电势差之间的关系。
说明:①
在匀强电场中,任意两点间的电势之差,等于电场强度跟这两点沿电场强度方向上的距离的乘积。即d必须是沿着场强方向的距离,如果电场中两点不沿场强方向,d的取值应为在场强方向的投影,即为电场中该两点所在的等势面的垂直距离。
②
公式E=UAB
/d表明,匀强电场的电场强度,在数值上等于沿着电场方向上单位距离的电势降落,正是依据这个关系,电场强度的单位还有V/m。
③
虽然公式U=Ed只适用匀强电场,但在非匀强电场问题中,我们也可以用此式来比较电势差的大小。例如图是一非匀强电场,某一电场线上A、B、C三点
AB=BC,比较UAB和UBC的大小。我们可以设想,AB段的场强要比BC段的场强大,因而,UAB=E1·AB,UBC=E2BC,UAB>
UBC。这里的E1、E2,分别指AB段、BC段场强的平均值。
事实上,在同一幅等势面图中,我们往往把每两个相邻等势面间的电势差取一个定值,如果等势面越密,即相邻等势面的间距越小,那么场强E=U/d就越大
④
场强与电势无直接关系。因为某点电势的值是相对选取的零电势点而言的,选取的零电势点不同,电势的值也不同,而场强不变。零电势可以人为选取,而场强是否为零则由电场本身决定。初学容易犯的一个错误是把电势高低与电场强度大小联系起来,误认为电场中某点电势高,场强就大;某点电势低,场强就小。
(2)方向关系
①
场强方向就是电势降低最快的方向
只有沿场强方向,在单位长度上的电势差最大,也就是说电势降低最快的方向为电场强度的方向,但是,电势降低的方向不一定是场强方向。
②
电场线与等势面垂直
6.电势差与电势零点的选取无关.
7.已知电流方向,如何判断电势高低,要分外电路和内电路
在外电路:沿着电流的方向,电势降低.
在内电路:沿着电流的方向,电势升高.
8.电势差是标量,但有正、负,正、负只表示哪点电势高,哪点电势低,在某一电场中如果Uab>0,则Uab=φa-φb>0,即φa>φb,而Uab=φa-φb<0,则表示φa<φb。