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静电屏蔽 电势差与电势 等势面

 

一、本周知识综述

  本周我们学习了静电屏蔽、电势差与电势、等势面三节内容。静电屏蔽这一节是上周学习内容的一个具体应用,上周学习的电场强度是从电场的力的特性出发研究电场的性质,而电势差与电势则是从电场的能的属性出发研究电场的性质。可以说电场强度和电势分别从电场的不同属性出发来研究电场,是一个问题的两个方面,大家要注意比较这两个物理量的异同。等势面则是描述电势的一种辅助方法,这与用电场线辅助地描述电场是类似的。

二、重难点知识归纳与讲解

1、静电平衡及条件

  (1)静电平衡状态:

  导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。

  (2)静电平衡条件:

  导体处于静电平衡状态时,导体内部的场强处处为零。

2、静电屏蔽

  空腔导体或金属网罩(无论接地与否)可以把外部电场遮住,使其内部不受外电场的影响;接地的空腔导体或金属网罩可以使其外部不受内部带电体电场的影响,这种现象叫做静电屏蔽。

3、电场差与电势

  (1)电势差:

  电荷在电场中由一点A移动到另一点B时,电场力所做的功WAB与电荷电量Q的比值,叫做AB两点的电势差。表达式为:

  

  电势差有正有负,且 UAB=-UBA.

  (2)电势:

  在电场中某点的电势等于该点相对零电势点的电势差;也等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做的功,电势记作,电势是相对的,某点的电势与零电势点的选取有关,沿电场线的方向,电势逐点降低。

  (3)电势与电势差的比较

  电势与电势差都是反映电场本身的性质(能的性质)的物理量,与检验电荷无关;电势与电势差都是标量,数值都有正负,单位相同, UAB=AB。某点的电势与零电势点的选取有关,两点间的电势差与零电势点的选取无关。

4、电场力做功与电势能变化的关系。

  (1)电场力作功的特点

  在电场中移动电荷时,电场力所做的功只与电荷的起止位置有关,与电荷经过的路径无关,这一点与重力做功相同。

  (2)电势能ε

  电荷在电场中具有的势能叫做电势能,电势能属于电荷和电场系统所有。

  (3)电场力做功与电势能变化的关系

  电场力的功与电势能的数量关系 WABA-εB=△ε。

  电场力做正功时,电荷的电势能减小;电场力做负功时,电荷的电势能增加,电场力做了多少功,电荷的电势能就变化多少,即△ε =WAB=qUAB

5、等势面的概念及特点

  (1)等势面

  电场中电势相同的各点构成的曲面叫做等势面。

  (2)等势面的特点

  ①电场线与等势面处处垂直,且总是由电势高的等势面指向电势低的等势面;

  ②在同一等势面上移动电荷时电场力不作功;

  ③处于静电平衡的导体是一个等势体,导体表面是一个等势面;

  ④导体表面的电场线与导体表面处处垂直。

  (3)熟悉匀强电场、点电荷的电场、等量异种电荷的电场,等量同种点电荷的电场
     的等势面的分布情况。

三、重难点知识剖析

1、静电平衡条件E=0,是外电场与感应电荷产生的电场叠加的结果,即E=E0+E=0,实际上是电场叠加的结果。

2、关于电势差

  (1)电势差的定义是,它是由电场中两点位置决定的物理量,这一点与重力场中的高度差类似,要注意类比。

  (2)电势差是标量,有正负之分。

3、关于电势

(1)电场中某点的电势是该点与参考点间的电势差。

(2)电势有正负,表示各点电势的高低。

(3)电势差UAB与电势的关系。

   UAB=AB

4、电势能

  电场力的功与电势能变化的关系与重力的功和重力势能变化的关系类似。

5、电势与等势面

  (1)电势是描述电场中单个点的电场性质,而等势面是描述电场中各点的电势分布。

  (2)电场线是为了描述电场而人为引入的一组假想线,但等势面却是实际存在的一些面,它从另一角度描述了电场。

  (3)等势面的性质

    ①同一等势面上任意两点间的电势差为零;

    ②不同的等势面一定不会相交或相切;

    ③电场强度方向垂直等势面且指向电势降低的方向。

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