物理 · 高中 · 约 6 分钟

电势能电势差与电容器:正负号规则、等势面移动电荷

电势、电势差、电势能三个「电」字辈概念最容易张冠李戴;正负号的物理含义——正电荷在电势高处电势能大——是判断题和计算题的双重坑,符号一乱全题报废。

电势能、电势与电势差

物理量定义或公式要点
电势能 Ep电荷在电场中具有的势能电场力做功 W = −ΔEp,做正功电势能减少
电势 φφ = Ep/q,某点相对零电势点的性质沿电场线方向电势降低;常取无穷远或大地为零
电势差 UABUAB = WAB/q与零电势点选取无关;UAB 为正表示 φA 高于 φB
等势面电势相等的点构成的面等势面上移动电荷不做功;等势面与电场线处处垂直

正负号判断口诀

  • 电场力做正功,电势能减少;克服电场力做功,电势能增加
  • 正电荷顺着电场线移动,电势能减小;负电荷顺着电场线移动,电势能增大
  • 正电荷在电势高处电势能大;负电荷在电势高处电势能小
  • 只有电场力做功时,动能与电势能之和守恒

电容器与电容

项目公式或内容说明
电容定义C = Q/U表示电容器容纳电荷本领,与 Q、U 无关
单位法拉(F);常用 μF、pF1 F 很大,1 F = 10⁶ μF = 10¹² pF
平行板电容器C = εS/(4πkd)d 减小、S 增大、ε 增大都使 C 增大
充电后与电源断开电荷量 Q 不变改变 d 时场强 E = Q/(Cd) 保持不变
始终与电源相连电压 U 不变改变 d 时场强 E = U/d 随 d 变化

易错点:U = W/q 的正负号不能随手丢

UAB = WAB/q 中,WAB 和 q 都要带符号代入:正电荷从 A 到 B 电场力做正功,UAB 为正,说明 A 点电势高。很多同学先取绝对值算出大小,最后忘了判断哪点电势高。判断口诀:先定正电荷与起点终点,再谈正负号;算完大小必答方向,两步一个都不能少。

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