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大学物理电势ppt课件

目录

CONTENTS

电势基本概念与性质

点电荷与连续分布电荷电势

导体与绝缘体在电场中电势特性

电势能、电势差及等势面

电场力做功与路径无关性讨论

总结回顾与拓展延伸

01

CHAPTER

电势基本概念与性质

伏特（V）

单位

ML^2T^-2A^-1（质量、长度、时间和电流的强度量纲的组合）

量纲

电场强度与电势梯度关系

电场强度等于电势梯度的负值。

电场线与等势面关系

电场线总是垂直于等势面，且指向电势降低的方向。

VS

多个点电荷在某点产生的电势等于各点电荷单独存在时在该点产生电势的代数和。

连续分布电荷电势叠加

连续分布电荷在某点产生的电势等于电荷分布区域内各点电荷元在该点产生电势的代数和。

点电荷电势叠加

02

CHAPTER

点电荷与连续分布电荷电势

描述点电荷间相互作用力，是电势计算的基础。

库仑定律

单位正电荷在电场中某点具有的电势能。

电势定义

$V=frac{kQ}{r}$，其中$k$为静电力常量，$Q$为场源电荷量，$r$为到场源电荷的距离。

点电荷电势公式

对于多个点电荷或连续分布电荷产生的电势，可应用叠加原理进行求解。

叠加原理

对于连续分布电荷，需采用积分方法计算电势，如线积分、面积分或体积分。

积分方法

均匀带电直线、均匀带电平面、均匀带电球体等。

常见连续分布电荷

均匀带电直线电势

通过高斯定理和积分方法求解，结果与观察点到直线的垂直距离和线电荷密度有关。

均匀带电平面电势

利用高斯定理和叠加原理，可求得电势与观察点到平面的距离和平面电荷密度之间的关系。

均匀带电球体电势

采用高斯定理和积分方法，可得到球体内外任意一点的电势表达式。

03

02

01

电荷分布形状

不同形状的电荷分布产生的电势分布不同，如点电荷、线电荷、面电荷和体电荷等。

电荷分布密度

电荷分布密度越大，产生的电势越高，电场强度也越大。

电荷分布对称性

具有对称性的电荷分布可简化电势计算过程，如均匀带电球体、无限长均匀带电直线等。

03

CHAPTER

导体与绝缘体在电场中电势特性

电场线连续

绝缘体内部电场线是连续的，不会中断或消失。

电场强度与电势关系

绝缘体内部电场强度与电势梯度成正比，即E=-grad(V)。

电势保持

绝缘体能够保持电荷产生的电势，不易导电。

1

2

3

当导体和绝缘体接触时，电荷会在它们之间转移，直到达到静电平衡状态。

电荷转移

在静电平衡状态下，导体和绝缘体接触处的电势相等。

电势相等

在接触处附近，电场线会重新分布，以适应新的电势分布。

电场线分布

03

传感器应用

利用导体和绝缘体接触时电势变化规律，可以制作各种传感器，如电容式传感器、压电式传感器等。

01

静电屏蔽

利用导体在静电场中的电势特点，可以将导体做成屏蔽罩，将需要保护的区域与静电场隔离开来。

02

静电喷涂

利用绝缘体在静电场中的电势表现，可以将涂料微粒带上电荷，并在静电场的作用下喷涂到工件表面。

04

CHAPTER

电势能、电势差及等势面

电荷在电场中具有的势能，与电荷量及所在位置有关。

电势能定义

通过电场力做功来计算，公式为W=qU，其中W为电势能，q为电荷量，U为电势差。

电势能计算

电势能具有相对性，与零电势点的选择有关。

电势能性质

电场中两点间电势的差值，等于单位正电荷从一点移动到另一点时电场力所做的功。

电势差定义

电势差是标量，具有正负之分，与路径无关，只与起点和终点有关。

电势差性质

通过电场强度线积分来计算，公式为U=∫E·dl，其中E为电场强度，dl为微小位移。

电势差的计算

电场中电势相等的各个点构成的面。

等势面定义

等势面与电场线垂直，等势面上移动电荷时电场力不做功。

等势面特点

用于描述电场的分布和计算电势差。

等势面的应用

电势能与电势差的关系

电势能的变化等于电荷量与电势差的乘积，即ΔW=qΔU。

电势差与等势面的关系

等势面上各点电势相等，因此等势面间的电势差为零。

电势能、电势差和等势面的综合应用

通过了解电势能、电势差和等势面的概念和性质，可以综合分析电场中的物理现象，解决相关问题。例如计算电荷在电场中的受力、运动轨迹以及能量转化等问题。

05

CHAPTER

电场力做功与路径无关性讨论

01

02

03

假设有两条不同的路径1和2，从点A到点B，电场力对电荷所做的功分别为$W_1$和$W_2$。

根据电场力做功表达式，有$W_1=qU_{AB}$和$W_2=qU_{AB}$。

由于$U_{AB}$是确定的，因此$W_1=W_2$，即电场力做功与路径无关。

保守力定义

做功与路径无关，只与初末位置有关的力称为保守力。

非保守力定义

做功与路径有关的力称为非保守力。

区别

保守力做功与路径无关，非保守力做功与路径有关。

联系

两者都是力，都能对物体