2021-2022学年高二物理竞赛课件：静电场的环路定理和电势

1、静电场的环路定理和电势一、电场力做功 当带电体在静电场中移动时，静电场力对带电体要作功，这说明静电场具有能量。 考虑一个试验电荷在点电荷的电场中移动, 电场力所做的功 点电荷的电场力做功若 q0 从 b 沿任意路径回到 a 点, 则电场力做的功结论: 当检验电荷 q0 在电场中从 a移到 b 点时, 电场力做的功 A 只与q0 的始末位置有关, 与路径无关.可见 aba 闭合回路，12试验电荷在此带电体的电场中移动时，电场力所做的功若路径为闭合回路，则结论：带电体在任何静电场中移动时，静电场力所做的功只与路径的起点和终点位置有关，而与路径无关。说明静电力是保守力，静电场是保守力场。 任意电荷的

2、电场力做功（视为点电荷的组合）静电场是保守力场静电场的环路定理：静电场的电场强度沿任意闭合回路的积分(称为静电场的环流)等于零。说明：二、静电场的环路定理(i) 高斯定理说明静电场是有源场。 (ii) 环路定理说明静电场是无旋场。 这与电场线性质有关静电场线不形成闭合曲线。 因此，静电场是有源、无旋场。(iii) 静电场是保守力场，因此可以引入势能的概念。三、电势能电荷在电场中具有的与位置有关的能量，称为该电荷在电场中该点的电势能。(类比重力势能)由于保守力做的功等于相应势能增量的负值，所以静电力做的功等于电势能增量的负值。如果静电场力作正功，电势能减少, W 0 ；如果静电场力作负功，电势能

3、增加, W 0 .静电场力做的功与路径无关，静电力是一种保守力，因此可以引入势能的概念。微小位移试验电荷q0 在电场中某点的电势能，在数值上就等于把它从该点移到势能零点时静电场力所作的功.令即将 b 点取成势能零点，得电势能电势能的单位: 焦耳(J) , 电子伏(eV).电势能的大小是相对的，与零点选取有关；说明:2) 零点的选取: 原则上可以任取.对于有限大小的带电体，通常取无穷远处为电势能零点。实际问题中，也常取大地为电势能零点.3) 电势能可正可负(视场源电荷和试验电荷的正负而定)电场力的作用总是使原来静止的电荷(不论正负)向电势能减小的方向运动正电荷将沿着电场线方向运动，负电荷将逆着电

4、场线方向运动。4) 电势能属于试验电荷q0 和电场整个系统，是q0与场源 电荷间的相互作用能. 但任意两点电势能之差是绝对的，与零点选取无关。点电荷 q 的电势能：当q0与q同号当q0与q异号取无穷远处为电势能零点， 则四、电势与电势差1、电势由成正比。可知：与则与无关，只决定于该点电场的性质。电场中该点的电势定义为：电势只与场点有关, 与试验电荷q0 无关, 反映了电场本身的客观属性。静电场中某点的电势，等于单位正电荷在该点的电势能, 或单位正电荷从该点移到电势零点处电场力做的功.几点说明:电势是相对于电势零点而言的，电势零点选择方法：有限大小带电体通常以无穷远处为电势零点，实际问题中也常选取大地、电器外壳或某公共点为电势零点.电势高低的判断:沿着电场线方向,电势降低正电荷产生的电场各点的电势为正，处最小(= 0).负电荷产生的电场各点的电势为负，处最大(= 0).电势是标量，但可正可负, 单位为伏特(V).电势定义：正电荷将由高电势处移向低电势处负电荷将由低电势处移向高电势处在电场力作用下地球是一个带负电的大导体, 取地球为电势零点与取无穷远处为电势零点是一致的.2、电势差（电压，电压降）电场中两点间的电势差：讨论：电势差具有绝对意义，与电势零点的选取无关.Vab等于将单位正电荷从a点移到b点电场力所作的功.静电场