电场的力与电场的能的性质

1 电场的力与电场的能的性质电场的力与电场的能的性质 一 电荷守恒与库仑定律 1 自然界中只存在两种电荷 即正电荷和负电荷 电荷间相互作用的规律是同种电荷 相斥 异种电荷相吸 电量为 e 1 6 10 19C 称为元电荷 任何物体所带电荷量都是元电荷 的整数倍 2 摩擦起电 感应起电和电荷中和等现象的本质都只是电荷的转移 3 电荷既不能被创造 也不能被消灭 它们只能是从一个物体转移到另一个物体 或 者从物体的一部分转移到另一部分 系统的电荷代数和不变 这就是电荷守恒定律 4 库仑定律 静电力常量 k 9 109N m2 C2 该定律适用于真空中两点电荷 之间 Q1 Q2只需用绝对值代入即可求得作用力大小 方向由两电荷的电性判断 两电荷 之间的库仑力是一对作用力与反作用力 有时可将物体等效为点电荷 但 点 的位置与电荷 分布有关 5 点电荷 物理模型 即如果满足相互之间距离远大于带电体大小则带电体便可看做 点电荷 二 电场电场强度 1 电场是存在于电荷周围的特殊物质 静止电荷之间的相互作用是通过电场来实现的 2 电场强度是描述电场强弱的物理量 电场强度的定义式为 适用于一切电场 1 E 是矢量 规定 E 的方向就是正电荷在该点受电场力的方向 国际单位制中 E 的单位为 V m 电场中某一点的场强大小和方向与试探电荷 电量和大小都很小 的正负 电荷多少和 有无等因素都无关 只由产生电场的因素决定 多种电荷在空间某点同时产生电场时 该处场强为各种电荷独立产生场强的矢量叠加 2 E 矢量处处相等的电场称作为匀强电场 它是一种基本而又重要的电场 3 真空中点电荷 Q 在某点处产生的场强的计算式 2 匀强电场中场强与电势差的关系式为 式中 d 为沿场强方向上两点间距离 三 电场线 1 电场线 是为了形象地描述电场而人为画出的假想的曲线 电场线上各点的切线方 向与该点场强方向相同 电场线的疏密能大致表示电场中各处场强的大小 2 静电场中 电场线起始于正电荷 或无穷远处 终止于负电荷 或无穷无处 3 几种常见的电场中电场线的分布和各点场强 电势的比较 四 电势差与电势 1 电荷 q 在电场中由一点 A 移动到另一点 B 时 电场力做功与电量的比值 叫做 A B 两点间的电势差 用公式表示即为 2 电势差是描述电场中能的性质的物理量 它只与电场本身的性质有关 与试探电荷 和零电势面的选取无关 3 电势 也是描述电场基本性质的物理量 是相对量 电场中某点的电势 等于单 位正电荷由该点移动到参考点 即零电势点 时电场力所做的功 在一个静电场中 只有规 定了零电势后才能确定其他各点的电势 通常取无穷远处电势为 0 实际应用中常取大地电 势为 0 4 电势差 电势的单位都为 V 1V 1J C 5 电势差 电势都是标量 但有正负 电势的正 负表示比零电势高还是低 电势差 规定为 UAB A B 其正负表示 A B 两点电势的高低关系 显然 UAB UBA 6 电势中电势相同的各点构成的面叫做等势面 也是人为假想的一种描述手段 实际 不存在 五 电势能 及电场力做功 W 与电势能 变化的关系 1 电荷在电场中具有电势能 一个电量为 q 的电荷处在电势为的 地方时 它具有的 电势能可用 q 计算 具体计算时 q 都有正负 由于电势具有相对性 故电势能 的值也只有相对意义 2 如果规定无穷远处电势为零 则正点电荷的电场中电势都为正值 正负电荷在其中 的电势能就分别是正值和负值 负点电荷电场中各点电势都为负值 正 负电荷在其中的电 势能就分别是负值和正值 3 3 与 W 间关系 电场力做正功 电势能减少 电场力作负功 电势能增加 即 W 4 匀强电场中可用 W Fscos 计算电场力做功 5 在一切电场中计算电场力做功均可使用公式 WAB qUAB 具体计算时 q UAB均 有正负 故计算得到 WAB也有正负 6 电场力做功与重力作功一样 只与始末位置有关 与路径无关 六 电场线与等势面 场强与电势差的关系 1 电场线方向也可以反映电场中各点电势高低 沿电场线方向电势降低 而且是降低 最快 空间比较 的方向 2 电场线总与等势面垂直 按相同标准 电场线越密的地方 等势面也越密 3 在同一等势面上 任何两点之间的电