规律总结:怎样判断电场中两点电势的高低?

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电势,电场线,电势能,电势差

在研究静电场中的能量问题时,“电势”是一个非常关键的物理量,电势或电势分布知道了,就可以分析电势差、电势能、电场力的功等相关物理量。

怎样判断电场中两点电势的高低呢?

方法1.看“电场线”

电场线不仅能形象的描绘电场的强弱和方向,还能反映电场中各点电势的高低。电场中,沿电场线的方向,各点的电势逐渐降低;与电场线处处垂直的等势面上,各点的电势都相等。

如图为等量异种点电荷的电场线,从图中可以看出:

规律总结:怎样判断电场中两点电势的高低?

两点电荷连线的中垂线上:中点O的场强最大,越向两侧直至无限远处,各点的场强逐渐变小;各点场强的方向相同,都与中垂线垂直,且由正电荷一侧指向负电荷一侧,所以中垂线就是一条等势线,电势等于无穷远处的电势,即电势为零。

图中,若A、C关于两点电荷的连线对称,则中垂线上的A、B、C三点有:

规律总结:怎样判断电场中两点电势的高低?

在中垂线的右侧,越靠近正电荷(逆着电场线),电势越高,所以中垂线右侧的电势都大于零;在中垂线的左侧,越靠近负电荷(顺着电场线),电势越低,所以中垂线左侧的电势都小于零。

在两点电荷的连线上,若D、E关于中点O对称,则有:

规律总结:怎样判断电场中两点电势的高低?

注意:电势的高低与场强的大小之间无必然联系,要具体问题具体分析!

方法2. 看“电势能”

如果知道了电荷的带电量q和所在位置的电势能EP,则根据电势的定义式φ= EP/q即可确定该处的电势,进而比较不同点电势的高低。

【示例】(教材“问题与练习”)比较以下情况电场中两点的电势高低。

(1)正电荷在A点的电势能比在B点的大,A、B两点哪点电势高?

(2)负电荷在C点的电势能比在D点的大,C、D两点哪点电势高?

(3)正电荷在E点的电势能小于零,负电荷在F点的电势能也小于零,E、F两点哪点电势高?

【解答】(1)正电荷的带电量q>0,且EPA>EPB,所以根据电势φ=EP/q可知,电势φA>φB;

(2)负电荷的带电量q<0,且EPC>EPD,所以根据电势φ=EP/q可知,电势φC<φD;

从以上分析可以看出:正电荷在电势越高的地方电势能越大,负电荷在电势越低的地方电势能越大。

(3)正电荷在E点的电势能EPE<0,所以根据电势φ=EP/q可知,电势φE<0;负电荷在F点的电势能EPF<0,则电势φF>0。故电势φE<φF。

注意:利用公式φ= EP/q分析电势或电势能时,一定要理解各量正负号的物理意义,并代入公式运算。

方法3.看“电场力的功”

如果知道了电荷的带电量q和从A点移动到B点时电场力的功WAB,则根据UAB=WAB/q可确定A、B两点的电势差UAB,由UAB的正负即可判断两点电势的高低。

【示例】(教材“问题与练习”)如图所示,A、B是点电荷电场中同一条电场线上的两点,把电荷量q1为10^-9C的试探电荷从无穷远移到A点,静电力做的功为4×10^-8J;把q2为-2×10^-9C的试探电荷从无穷远移到B点,静电力做的功为-6×10^-8J。请判断:场源电荷是正电荷还是负电荷?场源电荷的位置是在A、B的左边还是右边?

规律总结:怎样判断电场中两点电势的高低?

【解答】试探电荷q1带正电,把它从无穷远移到A点时,静电力做正功,所以试探电荷应受到场源电荷的引力作用,故场源电荷是负电荷。

把试探电荷q1从无穷远移到A点时,有

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把试探电荷q2从无穷远移到B点时,同理可得

规律总结:怎样判断电场中两点电势的高低?

因为B点的电势高于A点的电势,所以电场线的方向由B指向A,场源电荷在A、B的左边。

注意:利用公式UAB=WAB/q确定电势差时,仍需理解各量正负号的物理意义,并代入公式运算。

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