电势教学的逻辑

2022-09-13  本文已影响0人  樱_子

什么是电势,它是描述电场什么的?想要回答这个问题,就从电场力做功开始。

电场力做功与重力做功一样,都与路径无关。怎么证明呢?以最简单的匀强电场为例,带电粒子经过不同的路径到达某点,经过证明得到电场力做功相等。

这有什么用呢?带电粒子从某点到另一点做功一定,可以得到粒子的能量变化一定——做功是能量变化的量度。能量怎么变化呢?根据动能定理,合力做功不为零,动能发生改变,或者增大或者减少,那么必定有一个相应的能量发生变化。

这个能量是什么呢?它是带电物体在电场中具有的能量,这个能量定义为电势能。那么这个物理量的定义式是什么呢?还是根据功能关系,一个带电体从任何一点A在电场力作用下运动到另一点B,假设电场力做正功,电势能就减少,则有W_{AB} =E_{PA} -E_{PB} ,电场力做负功,电势能增大,同样符合这个公式。这里需要计算电势能的变化与电荷在某点电势能的大小。

当规定某点的电势能零点时,比如上面公式B点为电势能零点,也就是说电势能与重力势能一样,也是具有相对性的,要选定零势能点。那么A点的电势能就表示为从这点到零势能点电场力所做的功,这就意味着电势能与场强、试探电荷的电荷量与运动距离都有关系。

已知电势能,那什么是电势呢?它是表示什么的呢?为什么要引入电势呢?

场强是从电场对其他带电体有力的作用的角度描述电场,即电场对带电体有力的作用,而电势是从电场使带电体具有能量的角度描述电场,那么如何描述电场能量的高低呢?大量现象发现,电荷在电场中不同位置的电势能与其电荷量的比值一般不同,在相同位置比值一定,与试探电荷量无关,就把电势能与试探电荷的比值定义为电势,公式为\varphi =\frac{E_{P} }{q} ,它由电场本身决定,与试探电荷的电性、电场力做功无关。后面就是根据这个公式计算电势的大小问题了。

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