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電勢能公式是什么 如何推導(dǎo)

2018-11-21 09:12:38文/修鐿軒

很多同學(xué)都想知道電勢能公式是什么,該如何推導(dǎo),下面高三網(wǎng)小編就為大家準(zhǔn)備了相關(guān)信息,希望能夠幫助到有需要的同學(xué)。電勢能公式是什么 如何推導(dǎo)

電勢能公式

電勢能:EA=qφA {EA:帶電體在A點(diǎn)的電勢能(J),q:電量(C),φA:A點(diǎn)的電勢(V)}

E=kq1q2/r^2;庫侖力的公式是F=kQq/r^2

那么在庫侖力的作用下,當(dāng)電荷移動(dòng)一個(gè)微小的距離dr時(shí)所做的微功dW=Fdr,假設(shè)現(xiàn)在電荷Q固定,那么當(dāng)q從與Q的距離為R1的地方運(yùn)動(dòng)到R2的地方(R1<R2)時(shí),根據(jù)定積分W=∫dW=∫Fdr=∫(kQq/r^2)dr=kQq∫(dr/r^2)= -kQq∫d(1/r)

積分區(qū)間為R1到R2;因此有W=-kQq(1/R2 - 1/R1) = kQq/R1 - kQq/R2

如果Q和q同號,顯然,電場力做正功,可以去分析;而 kQq/R1 和 kQq/R2 這兩個(gè)參數(shù)反應(yīng)的就是電荷q在Q的電場內(nèi)所具有的電勢能,反過來也可以說是Q在q的電場內(nèi)具有的電勢能。

電勢能公式怎樣推導(dǎo)

取無窮遠(yuǎn)為零勢面,根據(jù)電勢的定義,電勢的大小等于把單位正電荷移至無窮遠(yuǎn)(零勢面)時(shí)電場力做的功,單位正電荷受到的電場力F=qE=KQ/r^2

從r處移至無窮遠(yuǎn)時(shí)電場力做的功的大小即為電勢

V=∫r→∞ KQ/r^2 dr=KQ/r-KQ/∞=KQ/r

電勢能可以根據(jù)電場力做功來求,物體電勢能變大,是電場力做負(fù)功的過程,做功的數(shù)量與電勢能改變的數(shù)量在絕對值上是相等的。反之,電場力做正功,電勢能就對應(yīng)減小。

計(jì)算電勢的方法

一般說來,計(jì)算電勢的方法有兩種。第一種方法是由電勢的定義式通過場強(qiáng)的線積分來計(jì)算;另一種方法是下面馬上就要介紹的電勢疊加原理。對不同的帶電體系,本質(zhì)上講上述兩種方法都能夠計(jì)算出電勢,但是選擇不同的方法計(jì)算的難易程度是大不相同的。

1、點(diǎn)電荷電場的電勢:點(diǎn)電荷電場中任意一點(diǎn)的電勢大小,稱作點(diǎn)電荷電勢公式。公式中視q的正負(fù),電勢V可正可負(fù)。在正點(diǎn)電荷的電場中,各點(diǎn)電勢均為正值,離電荷越遠(yuǎn)的點(diǎn),電勢越低,與r成反比。在負(fù)點(diǎn)電荷的電場中,各點(diǎn)的電勢均為負(fù),離電荷越遠(yuǎn)的點(diǎn),電勢越高,無窮遠(yuǎn)處電勢為零。容易看出,在以點(diǎn)電荷為心的任意球面上電勢都是相等的,這些球面都是等勢面。

2、電勢的疊加原理:E表示總電場,E1,E2,…為單個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場。根據(jù)電勢的定義式,并應(yīng)用場強(qiáng)疊加原理,電場中a點(diǎn)的電勢可表示為上式最后面一個(gè)等號右側(cè)被求和的每一個(gè)積分分別為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存時(shí)在a點(diǎn)的電勢。即有式中Vai是第i個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在a點(diǎn)產(chǎn)生的電勢。

顯然,如果我們將帶電體系分成若干部分(不一定是點(diǎn)電荷),上述結(jié)論仍然是正確的。即任意一個(gè)電荷體系的電場中任意一點(diǎn)的電勢,等于帶電體系各部分單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生電勢的代數(shù)和。這個(gè)結(jié)論叫做電勢疊加原理。若一個(gè)電荷體系是由點(diǎn)電荷組成的,則每個(gè)點(diǎn)電荷的電勢可以按上式進(jìn)行計(jì)算。

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