老师
同学们大家好,我是北京师范大学附属中学的周围老师。今天我们继续学习电势能和电视。在上一章,我们已经知道了静电场对电荷有力的作用。通过对静电力的研究,我们知道了电场强度这样一个物理量。电场强度是描述电场的重要的物理量。上节课我们又知道了电荷在电场中具有电势能,那么这节课我们将通过对电势能的研究引入电视这样一个概念,它同样是描述电场的重要的物理量。因为要与电场强度做对比,所以首先请大家想一想,我们是用什么方法定义电场强度的。
老师
下面我们以碘电荷 q 形成的电场为例,介绍怎么建立电场强度这一概念,等我们在电场中的 p 点放入了不同的试探电荷 Q1 和Q2,根据库伦定律,我们知道它们所受的静电力是不同的,所以静电力不能反映电场在这一点的性质。但是如果我们计算静电力和电荷量的比值,会发现这个比值跟试探电荷无关,只与场圆电荷和电场中这点的位置有关,而且在电场中不同的位置这个比值还不同。因此我们将电荷的静电力与电荷量的比值定义为电场强度,用它来描述电场在各点的性质。
老师
电场强度是用比值法定义的物理量,因为这节课我们将通过电势能的研究类比电场强度,引入新的物理量。所以首先我们来计算云强电厂当中的电势能。请大家做一做下面这个练习,在电场强度为 e 的云强电场中,沿电场线方向有a、b、 c 三点,a、 b 与 seed 距离分别为 L1 和L2。
老师
若规定电荷在 c 点的电势能为0,求电荷量分别为正 q 和正 n q 的试探电荷在 a 点的电势能。因为已经规定了电荷在 c 点的电势能为0,所以电荷正 q 在 a 点的电势能在数值上就等于将正 q 由 a 点移动到 c 点,静电力所做的功 w a C。
老师
从图上可以看出,静电力所做的功为QELE,所以正 q 在 a 点的电势能就为QELE。若将正 n q 由 a 点移动到 c 点,静电力所做的功变为 n 倍,所以它在 a 点的电势能就为 n Q1L1。观察我们的计算结果,我们会发现电势能与三个因素有关,与电荷量成正比,与电场强度成正比,跟 a 点的位置还有关系。受电场强度的启发,我们可以猜想计算不同的电荷在 a 点的电势能跟电荷量的比,这个比值是不是就与电荷无关的?所以下面我们计算矢碳电荷正 q 和正 n q 在 a 点的电势能和电荷量的比,会发现它们的比值都为ELE,确实与试探电荷无关,只与电场和 a 点查看隐藏内容