大學(xué)物理電勢(shì)電勢(shì)能PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1大學(xué)物理電勢(shì)電勢(shì)能大學(xué)物理電勢(shì)電勢(shì)能2電場(chǎng)的描述電場(chǎng)的描述電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)度電勢(shì)電勢(shì)第1頁(yè)/共21頁(yè)3rdfdA Q bal dfA barrdrrQq2041)11(40barrQq rdrrQq3041 rrdr rdarabrbqdr 靜電場(chǎng)力是靜電場(chǎng)力是保守力保守力，靜電場(chǎng)是，靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)保守場(chǎng)靜電場(chǎng)力的功只與始末位置有關(guān)靜電場(chǎng)力的功只與始末位置有關(guān),與路徑無(wú)關(guān)與路徑無(wú)關(guān)rdrrrQq 2041 第2頁(yè)/共21頁(yè)40LldEol dfL靜電場(chǎng)力是保守力靜電場(chǎng)力是保守力在靜電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)沿任意閉合路在靜電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)沿任意閉合路徑的線積分等于零。徑的線積分等于零。Ll dEq靜電場(chǎng)的

2、基本方程靜電場(chǎng)的基本方程靜電場(chǎng)的環(huán)流=0無(wú)旋場(chǎng)第3頁(yè)/共21頁(yè)51.電勢(shì)能電勢(shì)能保守力的功保守力的功 = 其勢(shì)能增量的其勢(shì)能增量的負(fù)值負(fù)值 baabldfAbaWW 勢(shì)勢(shì)能能零零點(diǎn)點(diǎn)abaaldfldfW0 bW若若b點(diǎn)為勢(shì)能零點(diǎn)：點(diǎn)為勢(shì)能零點(diǎn)：q在在a點(diǎn)的電勢(shì)能等于將點(diǎn)的電勢(shì)能等于將q從從a 勢(shì)能零點(diǎn)勢(shì)能零點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功電場(chǎng)力所做的功一般取無(wú)窮一般取無(wú)窮遠(yuǎn)處遠(yuǎn)處為勢(shì)能零點(diǎn)為勢(shì)能零點(diǎn)點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷Q的靜電場(chǎng)力的功的靜電場(chǎng)力的功點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷Q的靜電場(chǎng)中各點(diǎn)的的靜電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)能電勢(shì)能: :014QqWr babarrQql dfA1140a點(diǎn)電勢(shì)能點(diǎn)電勢(shì)能:第4頁(yè)/共21頁(yè)6與與 的性質(zhì)有關(guān)的

3、性質(zhì)有關(guān)說(shuō)明說(shuō)明電勢(shì)能電勢(shì)能勢(shì)能零點(diǎn)aal dEqW1) 電勢(shì)能的大小取決于電勢(shì)能的大小取決于勢(shì)能零點(diǎn)勢(shì)能零點(diǎn)的選擇的選擇2) 電勢(shì)能電勢(shì)能 屬于屬于整個(gè)系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng),而不能說(shuō)屬于電荷而不能說(shuō)屬于電荷q場(chǎng)場(chǎng)和外電荷和外電荷q能否能用能否能用電勢(shì)能電勢(shì)能Wa 來(lái)表示來(lái)表示a點(diǎn)點(diǎn)電場(chǎng)的性質(zhì)電場(chǎng)的性質(zhì)呢呢?提問(wèn)提問(wèn):第5頁(yè)/共21頁(yè)72.電勢(shì)電勢(shì)Qaq實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):固定場(chǎng)點(diǎn)固定場(chǎng)點(diǎn) a 變變, 也隨之變化也隨之變化qaW但但:常常數(shù)數(shù) qWa1).定義定義:qWVaa a點(diǎn)電勢(shì)：點(diǎn)電勢(shì)： 勢(shì)能零點(diǎn)勢(shì)能零點(diǎn)al dEWa=單位正電荷單位正電荷在在a點(diǎn)的點(diǎn)的電勢(shì)能電勢(shì)能=將將單位正電荷單位正電荷從從

4、a點(diǎn)移到點(diǎn)移到勢(shì)能零點(diǎn)勢(shì)能零點(diǎn)電場(chǎng)力所做的電場(chǎng)力所做的功功2).電勢(shì)的單位電勢(shì)的單位SI制：?jiǎn)挝恢疲簡(jiǎn)挝?V (伏特伏特)VCJ a點(diǎn)的電勢(shì)點(diǎn)的電勢(shì)aV第6頁(yè)/共21頁(yè)82) 電勢(shì)的大小取決于電勢(shì)的大小取決于勢(shì)能零點(diǎn)的選擇勢(shì)能零點(diǎn)的選擇說(shuō)明說(shuō)明電勢(shì)電勢(shì) 勢(shì)能零點(diǎn)勢(shì)能零點(diǎn)aal dEV有限有限帶電體帶電體無(wú)限大無(wú)限大帶電體帶電體1) 電勢(shì)是標(biāo)量電勢(shì)是標(biāo)量或研究電路問(wèn)題時(shí)：取或研究電路問(wèn)題時(shí)：取大地大地、儀器、儀器外殼外殼等等 無(wú)窮遠(yuǎn)處無(wú)窮遠(yuǎn)處為勢(shì)能零點(diǎn)為勢(shì)能零點(diǎn)有限遠(yuǎn)處有限遠(yuǎn)處為勢(shì)能零點(diǎn)為勢(shì)能零點(diǎn)理論計(jì)算：理論計(jì)算：實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用3) 區(qū)分區(qū)分電勢(shì)電勢(shì)和和電勢(shì)能電勢(shì)能電勢(shì)電勢(shì): 只與只與場(chǎng)場(chǎng)的

5、性質(zhì)有關(guān)的性質(zhì)有關(guān)電勢(shì)能電勢(shì)能: 與與場(chǎng)場(chǎng)和和外電荷外電荷的性質(zhì)都有關(guān)的性質(zhì)都有關(guān) 勢(shì)勢(shì)能能零零點(diǎn)點(diǎn)aaldEqW兩者的聯(lián)系兩者的聯(lián)系:qWVaa 電勢(shì)能電勢(shì)能第7頁(yè)/共21頁(yè)93.3.電勢(shì)差電勢(shì)差-電壓電壓1).定義定義: 任意兩點(diǎn)電勢(shì)之差任意兩點(diǎn)電勢(shì)之差 bal dEbaabVVV 勢(shì)能零點(diǎn)勢(shì)能零點(diǎn)al dE 勢(shì)能零點(diǎn)勢(shì)能零點(diǎn)bl dE2).電勢(shì)差的單位電勢(shì)差的單位-V(伏特伏特)一個(gè)電荷系的電場(chǎng)中任一點(diǎn)的電勢(shì)一個(gè)電荷系的電場(chǎng)中任一點(diǎn)的電勢(shì)等于等于每一個(gè)每一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)電荷電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的電勢(shì)單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的電勢(shì)的代數(shù)和的代數(shù)和。方法一方法一:利用利用點(diǎn)電荷電勢(shì)公式點(diǎn)電荷電勢(shì)

6、公式和和電勢(shì)迭加原理電勢(shì)迭加原理（2）. .點(diǎn)電荷場(chǎng)電勢(shì)公式點(diǎn)電荷場(chǎng)電勢(shì)公式 iiVV（1）.電勢(shì)迭加原理電勢(shì)迭加原理三三. .電勢(shì)的計(jì)算電勢(shì)的計(jì)算( (重點(diǎn)）重點(diǎn)）第8頁(yè)/共21頁(yè)10求點(diǎn)電荷場(chǎng)電勢(shì)公式求點(diǎn)電荷場(chǎng)電勢(shì)公式? pV 電勢(shì)零點(diǎn)電勢(shì)零點(diǎn)PPl dEV求：求：p點(diǎn)的電勢(shì)點(diǎn)的電勢(shì)結(jié)果結(jié)果與積分路徑無(wú)關(guān)與積分路徑無(wú)關(guān)QPrpErdr解解: Pl dE prrdE prEdrdrrQpr2041 prQ041 球?qū)ΨQ球?qū)ΨQ0 由上式可知由上式可知:正電荷產(chǎn)生的電勢(shì)為正，正電荷產(chǎn)生的電勢(shì)為正，負(fù)電荷產(chǎn)生的電勢(shì)為負(fù)負(fù)電荷產(chǎn)生的電勢(shì)為負(fù),對(duì)嗎？對(duì)嗎？第9頁(yè)/共21頁(yè)11a第10頁(yè)/共21頁(yè)12例

7、例 計(jì)算計(jì)算電量為電量為 Q 的帶電球面的帶電球面球心的電勢(shì)球心的電勢(shì)RQodq 在球面上任取一電荷元在球面上任取一電荷元dq 電荷元在球心的電勢(shì)為電荷元在球心的電勢(shì)為解解：(用迭加原理）用迭加原理）球面上電荷在球心的總電勢(shì)球面上電荷在球心的總電勢(shì) QQRdqdVV04 RQ04 思考：思考：電量分電量分布均勻？布均勻？圓環(huán)、圓環(huán)、圓??？圓?。縍dqdV04 第11頁(yè)/共21頁(yè)13 計(jì)算電勢(shì)的兩種方法計(jì)算電勢(shì)的兩種方法方法一方法一:利用利用電勢(shì)迭加原理電勢(shì)迭加原理和和點(diǎn)電荷電勢(shì)公式點(diǎn)電荷電勢(shì)公式方法二方法二:電勢(shì)定義法電勢(shì)定義法 勢(shì)勢(shì)能能零零點(diǎn)點(diǎn)PPldEV1.先求出先求出電場(chǎng)分布電場(chǎng)分布2.

8、再求空間再求空間任意點(diǎn)的電勢(shì)任意點(diǎn)的電勢(shì)積分路徑的選取積分路徑的選取(場(chǎng)強(qiáng)積分場(chǎng)強(qiáng)積分)第12頁(yè)/共21頁(yè)14均勻帶電球面均勻帶電球面電場(chǎng)的分布電場(chǎng)的分布為為RQorrQERrERr4020 Rr Rr PldEVrQ041 drrQr 204 圖示圖示RQoPrVr0RRQ041 第14頁(yè)/共21頁(yè)16例例. .無(wú)限長(zhǎng)共軸直圓筒，半徑為無(wú)限長(zhǎng)共軸直圓筒，半徑為R R1 1，R R2 2，均勻帶正電，均勻帶正電，單位長(zhǎng)度電量分別為單位長(zhǎng)度電量分別為 1 1， 2 2，設(shè)，設(shè)外筒電勢(shì)為外筒電勢(shì)為0 0，求各區(qū)，求各區(qū)域內(nèi)的電勢(shì)分布，以及兩筒間的電勢(shì)差。域內(nèi)的電勢(shì)分布，以及兩筒間的電勢(shì)差。解：用電

9、勢(shì)定義法，先求場(chǎng)強(qiáng)：解：用電勢(shì)定義法，先求場(chǎng)強(qiáng)：當(dāng)當(dāng)rR1時(shí)時(shí)，E1=0rE0122 當(dāng)當(dāng)R1 rR2時(shí)時(shí),R1R212然后用線積分求電勢(shì)分布，然后用線積分求電勢(shì)分布，第15頁(yè)/共21頁(yè)17當(dāng)當(dāng)rR1時(shí)時(shí)，因積分路徑上場(chǎng)強(qiáng)表示各段不同，需分段，因積分路徑上場(chǎng)強(qiáng)表示各段不同，需分段積分，即積分，即 21RPl dEV 210120RRdrr 12012RRln 當(dāng)當(dāng)R1 rR2時(shí)時(shí) 22Rpl dE 20212Rrrdr 筒間筒間電勢(shì)差電勢(shì)差 即即r=R1處的電勢(shì)處的電勢(shì)1201ln2RRV rR2021ln2 P第16頁(yè)/共21頁(yè)18例例. .求平行板電容器兩板間的電勢(shì)差求平行板電容器兩板間的電勢(shì)差d解：解：電勢(shì)定義法電勢(shì)定義法平行板電容器內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為平行板電容器內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為0 EE 兩板間的電勢(shì)差兩板間的電勢(shì)差 ldEV積分路徑積分路徑?EdldlEEd第17頁(yè)/共21頁(yè)19例例.求均勻帶電圓環(huán)軸線上一點(diǎn)電勢(shì)求均勻帶電圓環(huán)軸線上一點(diǎn)電勢(shì)xypoR解解:法一法一:用迭加原理用迭加原理 在圓環(huán)上任取在圓環(huán)上任取 dl ,dlrdldq帶電量帶電量電荷元電荷元 dq 在在p點(diǎn)點(diǎn)的電勢(shì)為的電勢(shì)為rdqdV04 總電勢(shì)總電勢(shì)rQ04 QQrdqdVV04 第18頁(yè)/共21頁(yè)20法二法二:用電勢(shì)定義法用電勢(shì)定義法 勢(shì)勢(shì)能能零零點(diǎn)點(diǎn)PPl dE 任意任意 p 點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)的