几个概念的形成.docx

1、几个概念的形成几个重要概念的形成姓名：冯勇(09物理教育专业 准考证号：412410100005 )摘要：通过对学过的一些物理电学知识的概括与总结,提出一些物理上的新的概念，电势、电势差 、电动势、电势能。并且运用一些电学中的公式，进行数学推导，得出所要提出的，电势、电势差 、电动势、电势能的公式，以此运用于以后的学习过程中,解决实际问题。本文旨在此讨论一些重要概念的形成过程。关键字：电势 电动势 电势能 电势差。一、 电势1、电势的定义（1）单位正电荷由电场中某点A移到参考点O（即零势能点，一般取无限远处或者大地为零势能点）时电场力做的功与其所带电量的比值。所以A=Ep/q (在国际单位制中

2、的单位是伏特) （2）电场中某点相对参考点O电势的差，叫该点的电势。“电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷在那一点所具有的电势能。” 公式： =q（其中为电势能，q为电荷量，为电势），即 =/q 在电场中，某点的电荷所具有的电势能跟它的所带的电荷量之比是一个常数，它是一个与电荷本身无关的物理量，它与电荷存在与否无关，是由电场本身的性质决定的物理量。 电势也是只有大小，没有方向，也是标量1（只有大小，没有方向）。和地势一样，电势也具有相对意义，在具体应用中，常取标准位置的电势能为零，所以标准位置的电势也为零。电势只不过是和标准位置相比较得出的结果。我们常取地球为标准位置；在理论研究时，我们常取

3、无限远处为标准位置，在习惯上，我们也常用“电场外”这样的说法来代替“零电势位置”。 电势是一个相对量，其参考点是可以任意选取的。无论被选取的物体是不是带电，都可以被选取为标准位置 -零参考点。例如地球本身是带负电的，其电势相对于无穷远处约为8.2108 V。尽管如此，照样可以把地球作为零电势参考点，同时由于地球本身就是一个大导体，电容量很大，所以在这样的大导体上增减一些电荷，对它的电势改变影响不大。其电势比较稳定，所以，在一般的情况下，还都是选地球为零电势参考点。2、电势的特点是：不管是正电荷的电场线还是负电荷的电场线，只要顺着电场线的方向总是电势减小的方向，逆着电场线总是电势增大的方向。所以

4、同一电场线上，任意两点电势不相等。 正电荷电场中各点电势为正（以无穷远处为零电势点时），远离正电荷，电势降低。电势以距离的一次方递减。 负电荷电场中各点电势为负（以无穷远处为零电势点时），远离负电荷，电势增高。电势以距离的一次方递增。 3、物理意义：（1）由电场中某点位置决定，反映电场能的性质。 （2）与检验电荷电量、电性无关。（3）表示将1C正电荷从参考点移到零势点电场力做的功。4、电势差与电势的关系：Wab=Wao-Wbo=qUab Uab=Wao/q-Wbo/q=a-b Uab=a-b 电场力做功：公式：W=qU 因为 U由电场中两点位置决定，所以W由q，U决定与路径无关，和重力做功一样

5、，属于保守力做功。 特点：电场力做功由移动电荷和电势差决定，与路径无关。 5、电势的固有性：电势是表示电场的能的性质的物理量，电场中某点处电势的大小是由电场本身的因素决定的，与在该处是否放置电荷、电荷的性质、电荷量的多少均无关，它只是用比值Ep/q下的定义，但与Ep和q均无关。二、 电源的电动势：电源的电动势，是指非静电力把单位正电荷从电源的负极移动到正极（或者把单位负电荷从电源的正极推向负极）所做的功。电源的电动势与电流和电压是有关系的，具体可看下面对电流与电压的说明，若要知道它们之间的数量关系还需知道具体的电路参数（如电路中的电阻等）。 因为有了电动势，电荷在电源内部的能量提高了，处于电源

6、正极的正电荷（或负极的负电荷）具有对电源以外的电路做功的能量。如果用一条可导电的导线将电源的两个电极进行连接，电荷在电源的作用下就能在导电导线中流动，电荷的定向流动称为电流。 电荷流动时，电荷所具有的能量在电路中释放，电路及电路中所连接的元件将吸收电荷的能量。经过能量吸收，电荷释放能量,电荷本身所含的能量变小，人们用电压降落来衡量电荷在电路中释放能量的能力大小。当电流流过电路时，将在电路的每一小段中产生一定的电势降落，用来表示电荷流过该小段释放（或该小段电路吸收）的电能的大小。电势降落简称电压。当电势差逐渐降低至0时，电能变为0，即电源所具有的电能已被消耗完毕。1. 电动势：电路中因其他形式的

7、能量转换为电能所引起的电位差，叫做电动势。用字母E表示，单位是伏特。在电路中，电动势常用符号表示。2. 原理：电动势是描述电源性质的重要物理量。电源的电动势是和非静电力的功密切联系的。非静电力是指除静电力外能对电荷流动起作用的力，并非泛指静电力外的一切作用力。 非静电力有不同的来源。在化学电池（干电池、蓄电池）中，非静电力是一种与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用；在温差电源中，非静电力是一种与温度差和电子浓度差相联系的扩散作用；在一般发电机中，非静电力起源于磁场对运动电荷的作用，即洛伦兹力。变化磁场产生的有旋电场也是一种非静电力，但因其力线呈涡旋状，通常不用作电源，也难以区分内外。在电源内

8、部，非静电力把正电荷从负极板移到正极板时要对电荷做功，这个做功的物理过程是产生电源电动势的本质。非静电力所做的功，反映了其他形式的能量有多少变成了电能。因此在电源内部，非静电力做功的过程是能量相互转化的过程。电源的电动势正是由此定义的，即非静电力把正电荷从负极移到正极所做的功与该电荷电量的比值，称电源的电动势。3. 公式：EWq (E为电势能） E=U4. 物理意义 ：由上式可知，在电源内部，非静电力把单位正电荷从负极移送到正极时所做的功。5. 区别： 电动势与电势差（电压）是容易混淆的两个概念。前面已讲过，电动势是表示非静电力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所做的功；而电势差则表示静电力

9、把单位正电荷从电场中的某一点移到另一点所做的功。它们是完全不同的两个概念。6. 闭合电路欧姆定律：电源的路端电压是指电源加在外电路两端的电压，是静电力把单位正电荷从正极经外电路移到负极所做的功。电源的电动势对一个固定电源来说是不变的，而电源的路端电压却是随外电路的负载而变化的。它的变化规律服从含源电路的欧姆定律，其数学表达式为：UEIr式中U为路端电压，Ir为电源的内电压，也叫内压降。对于确定的电源来说，电动势E和内电阻r都是一定的，从上式可以看出，路端电压U跟电路中的电流有关系。电流I增大时，内压降Ir增大，路端电压U就减小；反之，电流I减小时，路端电压U就增大。7. 可变电路：在电源放电的

10、情况下，当外电路中没有反电动势时，路端电压UIR （R是外电路的总电阻）根据含源电路的欧姆定律可得：IE（Rr）即电流I的大小随外电阻R而变化。因此，路端电压U也随外电阻R而变化。R增大时，I减小，U增大；R减小时，I增大，U减小。当外电路断开时，R变为无限大，I变为零，内压降Ir也变为零，这时路端电压等于电源的电动势。但是不能认为路端电压一定小于电动势。在电源被充电时，电源内部的电流是从电源正极流向负极，内压降的方向与电动势的方向相反，电源的电动势是反电动势，这时路端电压等于电动势与内压降之和，即UEIr，路端电压大于电动势。8 .教学参考资料高中物理第二册电动势是反映电源把其他形式的能转换

11、成电能的本领的物理量。电动势使电源两端产生电压。在电路中，电动势常用表示。电动势的单位和电压的单位相同，也是伏(V)。电源的电动势可以用电压表测量。测量的时候，电源不要接到电路中去，用电压表测量电源两端的电压，所得的电压值就可以看作等于电源的电动势。如果电源接在电路中，用电压表测得的电源两端的电压就会小于电源的电动势。这是因为电源有内电阻。在闭合的电路中，电流通过内电阻r有内电压降，通过外电阻R有外电压降。电源的电动势等于内电压Ir和外电压IR之和，即=Ir+IR 。严格来说，即使电源不接入电路，用电压表测量电源两端电压，电压表成了外电路，测得的电压也小于电动势。但是，由于电压表的内电阻很大，

12、电源的内电阻很小，内电压可以忽略。因此，电压表测得的电源两端的电压是可以看作等于电源电动势的。干电池用旧了，用电压表测量电池两端的电压，有时候依然比较高，但是接入电路后却不能使负载（收音机、录音机等）正常工作。这种情况是因为电池的内电阻变大了，甚至比负载的电阻还大，但是依然比电压表的内电阻小。用电压表测量电池两端电压的时候，电池内电阻分得的内电压还不大，所以电压表测得的电压依然比较高。但是电池接入电路后，电池内电阻分得的内电压增大，负载电阻分得的电压就减小，因此不能使负载正常工作。为了判断旧电池能不能用，应该在有负载的时候测量电池两端的电压。有些性能较差的稳压电源，有负载和没有负载两种情况下测

13、得的电源两端的电压相差较大，也是因为电源的内电阻较大造成的。 9. 电动势的走势电源内部的非静电力把单位正电荷从电源负极经内电路移动到正极过程中做的功。电动势的符号是，单位是伏(V)。电源是一种把其他形式能转变为电能的装置。要在电路中维持恒定电流，只有静电场力不够，还需要有非静电力。电源提供非静电力，把正电荷从低电势处移到高电势处，非静电力推动电荷做功的过程，就是其他形式能转换为电能的过程。电动势是表征电源产生电能的性能的物理量。如：电动势为6伏说明电源把1库正电荷从负极经内电路移动到正极时非静电力做功6焦。有6焦的其他形式能转换为电能。当电源的外电路断开时，电源内部的非静电力与静电场力平衡，

14、电源正负极两端的电压等于电源电动势。当外电路接通时，端电压小于电动势。不同电源非静电力的来源不同，能量转换形式也不同。化学电动势(干电池、钮扣电池、蓄电池等)的非静电力是一种化学作用，电动势的大小取决于化学作用的种类，与电源大小无关，如干电池无论1号、2号、5号电动势都是1.5伏。发电机的非静电力是磁场对运动电荷的作用力。光生电动势(光电池)的非静电力来源于内光电效应。压电电动势(晶体压电点火、晶体话筒等)来源于机械功造成的极化现象。三、电势能Ep=WAO=qA (Ep表示电势能）当A0时，q0,则p0,q0,则p0; 当A0,则p0,q0.静电场中的势能。一点电荷在静电场中某两点的电势能之差

15、等于它以一点移动到另一点时，静电力所作的功。 电势能反映电场和处于其中的电荷共同具有的能量。 电势能可以由电场力做功求得，因为 W AB=qUAB=q（A- B)=qA-qB=EA(初) EB(末)=E， （EA(初)、EB(末)为两个点的电势能）。 电场力做功跟电势能变化关系： WAB0,Ep0电场力做正功，电势能减小转化成其他形式的能： WAB0电场力做负功，电势能增加其它形式的能转化成电势能。 顺着电场线，AB移动，若为正电荷,则WAB0,则UAB=A-B0,则，则正Ep； 若为负电荷，则WAB0,则，则负Ep。 逆着电场线，BA移动，若为正电荷，则WBA0,则UBA=B-A0,则UBA

16、=B-A0,远离场源电荷若：移动正检验电荷W0,Ep；移动负检验电荷W0,Ep。 负电荷产生的电场中0,远离场源电荷若：移动正检验电荷W0,Ep。 1. 只在电场力作用下： （1）电场力做正功，电势能减少，动能增加。即：电能转化为其它形式能（动能） （2）电场力做负功，电势能增加，动能减少。即：其它形式能（动能）转化为电能 2. 不只受电场力作用： （1）电场力做正功，电势能减少，动能如何变化不确定。 （2）电场力做负功，电势能增加，动能如何变化不确定。 注：电势能是标量。四、 三个概念(电势、电动势、电势能)与等势面、 电功（电场力做的功）、 匀强电场中场强、电势差的关系.（一）电势能：电荷

17、在电场中具有的势能叫电势能。电场力对电荷做了多少正功，电荷的电势能就减少多少。电荷克服电场力做了多少负功，电荷的电势能就增加多少。 电势能具有相对性，通常取电荷在无穷远处或大地上的电势能为零。真空中点电荷Q形成的电场中,取电荷在无穷远处或大地上的电势能为零时, 电势能:Ep=KQq/r. 电势能为置于电场中的电荷和电场(场源电荷)所共有的，电势能不但与场源电荷电量的多少、电性的正负,该点的位置有关，还跟置于电场中的电荷的电量、电性、零势面的选择有关。电势能都是标量，有正负。电势能变化与参考位置的选取无关。（二）电势放入电场中某一点的电荷具有的电势能跟它的电量的比值叫做该点的电势:=Ep/q 正

18、电荷形成的电场中电势近高远低负电荷形成的电场中电势近低远高沿电场线方向电势逐渐降低电势具有相对性，通常取离电场无穷远处或大地的电势为零势面. 这样选取零电势点后，可以得出：正电荷形成的电场中各点的电势均为正值，负电荷形成的电场中各点的电势均为负值(点电荷形成的电场=kQ/r )（三）等势面电势相等的点构成的面叫做等势面等势面一定跟电场线垂直，而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面等势面上各点的电势都相等，在等势面上移动电荷时电场力不做功（四）电势差电场中某两点间的电势差值 电荷在电场中由一点A移到另一点B时，电场力所做的功等于AB两点间的电势差跟移动的电荷的电量q 的乘积WAB=

19、qUAB 电势差单位：1伏=1焦/库、1V=1J/C、标量电场中两位置电势差与参考位置的选取无关（五）电功电场力做功与其路径无关，仅与其初末位置间的电势差有关在电荷q从A点移到B点的过程中，电场力做的功:WAB=qUAB 该公式不仅可以讨论匀强电场中电场力做功的问题，也可以用来讨论非匀强电场中电场力做功的问题电场力对电荷做了多少功，电荷的电势能就减少多少电荷克服电场力做了多少功，电荷的电势能就增加多少EpAB= 一WAB （电势能的增加等于电场力所做的负功）.（六）匀强电场中场强与电势差的关系（U=Ed）是匀强电场中场强与电势差的关系式，式中d是两点间沿场强方向的距离（场强单位：伏/米、V/m、 牛/库、N/q).综上讨论对以上三个概念,电势、电动势、电势能.的形成过程,是我们进一步明确，提出一个新概念所具备的内容,过程,方法和手段.同时也为我们以后的学习中指明了方向，更进一步的提高我们的的科学素养.参考文献：【1】郭奕玲、沈慧君 . 物理学史 . 北京: 清华大学出版社,2005年8月第二版.【2】赵凯华、陈熙谋. 电磁学 . 北京: 高等教育出版社，2006年12月第二版.【3】李艳平、申先甲. 物理学史教程. 北京：大学出版社，2003年.【4】薛金星 . 物理基础知识手册. 北京教育出版2003年7月.