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第二节 电势能 电势 电势差
电压是什么？电流经过用电器后，发生了什么变化？
主要内容
电势能
电势
1
2
电势差
3
匀强电场中电势差与电场强度的关系
4
01
PART 01
电势能
【观察与体验】 研究电场对电荷能量的影响
一、电势能
将小箔筒用棉线竖直悬挂在A点，如右图所示，让它带上正电荷 q，小箔筒处于最低位置。当我们将带正电荷 Q 的金属球从远处移到 A 点附近时，观察小箔筒位置发生的变化。
【思考与讨论】
与同学从能量的角度讨论，小箔筒上的正电荷q处于金属球的电场中后具有了做功的本领，即具有了一定的 ，可以将小箔筒从A点移动到B点。在此过程中，正电荷q的一部分 转化为小箔筒的重力势能。
一、电势能
处于地球表面的物体，可以认为处于重力场中。当物体由高处竖直下落位移 h 时，重力做正功 mgh，物体的重力势能将减少mgh；反之，当物体由低处竖直上升位移 h 时，重力做负功 mgh，物体的重力势能将增加 mgh。
物理学中，把电场中的电荷由于受到电场力的作用而具有的能量称为电势能，用 Ep 表示。
电势能是标量，它的国际单位制单位是 J（焦）。
一、电势能
电场中，电场力做功和电势能变化之间的关系可以归纳为
WAB = EpA－EpB
电场中电荷的电势能与重力场中物体的重力势能在这方面相类比：在电场中，当电荷从一点移动到另一点时，如果电场力对电荷做了多少正功，电荷的电势能就减少多少；如果电场力对电荷做了多少负功，电荷的电势能就增加多少。
一、电势能
在右图所示的电场中，一个正电荷在电场力 F1 的作用下，从 A 点移动到 B 点时，电场力做正功，因此可知正电荷在 A 点的电势能多，在 B 点的电势能少；
一个负电荷在电场力 F2 的作用下，从 D 点移动到 C 点时，电场力也做正功，因此可知负电荷在 D 点的电势能多，在 C 点的电势能少。
类比方法是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似，而猜测它们在其他方面也可能相同或相似的推理方法。
【思维与方法】 类比方法
一、电势能
类比是人脑凭借已知对象的知识对未知对象做出的推测，至于这个推测结果正确与否，还需要进一步的实践和实验验证。
02
PART 02
电势
同样，人们为了能够直观地比较电荷在电场中的电势能的多少，把放在电场中某一点的电荷所具有的电势能 Ep 与电荷量 q 的比值称为该点的电势。电势一般用符号 V 来表示：
在地球表面，我们可以直接判断出一个物体重力势能的多少：同一个物体在高处的重力势能多，在低处的重力势能少。
二、电势
经过长期实践，人们归纳出电场中电势的高低可以根据电场线的方向来判断：沿着电场线的方向，电势越来越低。
二、电势
电场中的电势与地球上的高度一样，都是相对的。要确定某一点的电势，首先要选择一个零电势点。
例如，在一个匀强电场中有A、B、C、D四点，若选取D点为零电势点，A、B、C三点的电势就分别为30 V、20 V、10 V，如下图所示。
二、电势
若选取 A 点为零电势点，B、C、D三点的电势就分别为－10 V、－20 V、－30 V，如下图所示。
二、电势
【思考与讨论】
与同学讨论，根据 Ep = qV 可演绎出：对于一个正电荷来说，在电势高处，电势能 ；在电势低处，电势能 。（填“多”或“少”）
而对于负电荷来说，在电势高处，电势能 ；在电势低处，电势能 。（填“多”或“少”）
二、电势
03
PART 03
电势差
电势差也是标量，它的国际单位制单位也是V（伏）。
若电场中 A、B 两点的电势分别为 VA 和 VB，则这两点间的电势差为
UAB = VA－VB
电场中任意两点的电势之差，称为这两点的电势差，也称为电压，用符号 U 表示。
三、电势差
在下图中，A、B 两点间的电势差 UAB＝30 V－20 V＝10 V；
B、A 两点间的电势差 UBA＝20 V－30 V＝－10 V。
三、电势差
电场中某点电势的大小与零电势点的选取有关，其值是相对的。而任意两点间的电势差却与零电势点的选取无关，是绝对的。
三、电势差
例如，在右图中，不论选择哪一点作为零电势点，AD 两点间的电势差始终是30 V。
三、电势差
电源的作用就是给白炽灯提供电势差，即电压。白炽灯两端，靠近电源正极的一端电势高，靠近电源负极的一端电势低。
电荷流入白炽灯前的电势能多，流出白炽灯后的电势能少，减少的电势能转化为白炽灯的光能和热力学能。
04
PART 04
匀强电场中电势差
与电场强度的关系
在右图所示的匀强电场中，根据电场力做功和电势能变化之间的关系公式WAB = EpA－EpB可推导出
四、匀强电场中电势差与电场强度的关系
WAB = Fd = qEd = EpA－EpB = q VA－q VB = q UAB
即 UAB＝Ed
即此公式说明，在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿电场强度方向单位长度的电势差。由于电势差 UAB 的单位是 V，距离 d 的单位是 m，因此，我们得到电场强度的另一个单位V/m（伏/米）。
上式还可以写成
四、匀强电场中电势差与电场强度的关系
除尘器由金属管A和悬在管中的金属丝B组成，A接到高压电源的正极，B接到高压电源的负极。B附近的空气分子被强电场电离为正离子和负离子。正离子被吸引到B上后，得到电子又还原成空气分子。负离子在趋向正极A的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电并被吸附到管壁上。
【应用与拓展】 静电除尘
四、匀强电场中电势差与电场强度的关系
谢谢聆听！

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