干货:高中物理判断电势高低的方法

电场中任意两点电势高低的判断,不是一个简单的问题,很多同学找不到切实有效的方法,下面举例说明判定电势高低的方法。

一. 一看“线”

看“线”,即判断电势高低首先要看电场线,作为贯穿整个静电场的电场线,除了可形象表示电场强度大小和方向外,还可由其来判断电势的高低,即:沿电场线方向电势降低最快。这是判断电势高低最基本、最常用的方法。

例1. 如图1所示,a、b、c是一条电场线上的三个点,电场线的方向由a到c,a、b间距离等于b、c间距离。用

分别表示a、b、c三点的电势和电场强度,可以判定:( )

A.

B.

C.

D.

图1

解析:题中用了“可以判定”的字样,对于“断定”或“一定”的说法,只要举出一个反例,就可以排除它;反之如果题中用的是“可能”的字样,只要能举出一个正例,就是“可能”的。题只画出一条电场线,只要不认定它就是匀强电场的电场线,想到它还可能是正或负点电荷场的一条电场线甚至其它可能,就不会受到试题给出的a、b、c三点的距离关系的迷惑。

判断电场强度的大小需看电场线的疏密,此题不具备判断条件,选项C是正点电荷电场的结论,而选项D是匀强电场的结论。

根据沿电场线方向电势降低最快,可以判断A选项正确,虽然a、b间距离等于b、c间距离,但只有在匀强电场中,沿场强方向相同距离的电势差恒定,因此电势差的大小无法判断。故选A。

2. 二看“面”

看“面”,即看等势面。在电场线的方向不能确定的情况下,利用等势面分布也是判断电势的有效途径。等势面与场强方向垂直,等势面密集的地方场强大,且等势面上各点电势相等,在等势面上移动电荷不做功。

例2. 如图2,A、B为两等量异种点电荷,O为A、B连线中点,C、D为AB

的中垂线上两点,且OC

图2

解析:画出两等量异种点电荷产生的电场线分布图,如图3。由电场线可知,O、C、D三点处的电场线的疏密程度不同;O点处较密,C点处次之。D点处最疏,故场强EO>EC>ED(也可由点电荷场强公式、矢量合成法则及题中已知条件,求得此结果)。

图3

因为中垂线上各点的场强方向相同且垂直于中垂线,所以由等势面与场强方向的关系可知中垂线应在同一等势面内,即O、C、D三点同在一个等势面,所以电势

例3. 如图4,正点电荷Q的电场中有a、b两点,它们到Q的距离rl<r2。则a、b两点哪点电势高?将一负电荷放在a、b两点,哪点电势能大?< r< span>

图4

解析:(l)因为在点电荷+Q的电场中,它的等势面是以+Q为球心的半径不同的球面,如图5中虚线所示,a、c在同一等势面上,c、b两点在同一条电场线上,由沿着电场线方向电势降低,可知c点电势高于b点电势,a点又与c点等势,则a点电势高于b点电势。

图5

(2)比较电势能的大小,可以利用电场力做功跟电势能变化的关系判定。一个负电荷由a点移到b点要克服电场力做功,根据功能关系,电荷电势能要增加,此负电荷在b点电势能较大。

3. 三看“体”

看“体”,即看电场中的导体是否处于静电平衡状态,处于平衡状态的导体是一个等势体,其表面是一个等势面。当电场线的方向和等势面暂时不能确定时,看导体是否处于静电平衡状态也是判断电势高低的一种方法。

例4. 有一长度为L的金属杆,放入水平方向的匀强电场中,如图6所示,设杆与场强方向的夹角为

,试比较杆的两端A、B的电势高低。

图6

解析:这道题有相当部分同学会不假思索,盲目套用U=

的结论,认为A、B间的电势差为

,从而错误地得出A端电势比B端电势高。

上述错误在于忽视了处于静电平衡状态下的导体是等势体,由处于静电平衡状态下的导体的特点可知,A、B电势相等。

例5. 如图7,A是带正电的金属球,B是不带电的绝缘导体,把B放在A附近,此时B的电势为

;用手触摸B的左端,此时B的电势为

;放开手再将A移走,B的电势变为

,三个电势高低关系是:

A.

B.

C.

D.

图7

解析:把B放在A附近,A带正电,B的电势为

;用手触摸B的左端,B与人(即大地)为一等势体,B的电势为

,且B此时作为离A的近端,而带负电;放开手将A移走,B带负电,B的电势

,所以有

,故选B。

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