环路定理--电势
静电场的环路定理 电势
静电场的环路定理 电势
式中，Uab为静电场中任意两点 a、b间的电势差，也称为电压.式（ 8-22）表明，静电场中a、b两点的 电势之差等于把单位正电荷从a点沿 任意路径移到b点电场力所做的功.电 势差是绝对的.
静电场的环路定理 电势
四、 电势的计算 1. 点电荷电场的电势
设在真空中有一点电荷q，其周围的电场分布为
(8- 21)
式（8-21
a的电势在数值上等
于把单位正电荷从a点沿任意路径移到无限远电场力所做的功.在
许多实际问题中，也常选地球为电势零点.
电势是标量，在国际单位制中，电势的单位为伏特（V）.
静电场的环路定理 电势
2. 电势差
从电场力做功的角度引入电势能的概念，由式(8-19) 和式(8-20)可以看出，电势能Wa不仅与a点的电场性质有 关，还与试验电荷q0有关，因而不能用来描述电场中某场 点的性质.但是，人们发现电势能与试验电荷q0的比值与试 验电荷q0无关，仅与a点电场的性质有关.因此，用电势描 述电场的能量特征.a、b两点的电势分别用Va、Vb表示.由 式（8-18），定义
dW=F·dl=q0E·dl=q0Edlcosθ
静电场的环路定理 电势
式中，θ为E与dl的夹角.由图8-20可以看出，元位移dl在电场力 方向的投影为dlcosθ=dr，则元功可写成
静电场的环路定理 电势
既然每个点电荷的电场力对q0所做 的功都与路径无关，那么它们的代数和 也必然与路径无关.由此可以得到以下结 论：在任意带电体的电场中，电场力对 试验电荷q0所做的功只与试验电荷q0及 其始末位置有关，而与路径无关.
静电场的环路定理 电势
2. 电势叠加原理
设场源电荷是由分布在有限区域内的点电荷系q1、q2、q3、 …、qn组成，根据场强叠加原理，任一点P处的场强等于各个点电 荷在该点产生场强的矢量和，即
63静电场环路定理电势
E2
q1
4 0 r 2
R1 r R2
E3
q1 +q2
40r 2
r R2
q1 II
I R1
R2 •
III
rE
P•
III区：U3
E dl
P
q2 q1 II III
E3 dr E3dr
r
r
I R1
R2 •
r
q1 q2
4 0 r 2
dr
q1 q2
40r
rr
P• P•
R2
II区： U3
R r
Q
4 0 R3
rdr
Q
R 4 0r 2 dr
Q
8 0 R
Qr 2
8 0 R3
Q
4 0 R
Q (3R 2 r 2 )
8 0 R3
o rp R
rp
路径的线积分为零（电场强度的环流为
零）
3. 电势能 比 重力做功 保守力 重力势能
较 静电场力做功 保守力 电势能
静电场力对电荷所做功等于电荷电势能 增量的负值
B
WAB A q0E • dl EpB EpA
令 B点为电势能零点，则可得任一点 A
的电势能
0
E p A
q0
E • dl
E dl
P
E dr
E2dr
E3dr
r
r
R2
R2 r
q1
4 0 r 2
dr
R2
q1 q2
4 0 r 2
dr
1
4 0
( q1 r
q2 R2
)
I区：
U3
E dl
静电场的环路定理静电场力的功电势能
静电场力的功
02
电场力的定义
电场力是电荷在电场中受到的 力，其大小和方向由电场强度
和电荷的乘积决定。
电场力的大小为 F=qE，其 中 F 是电场力，q 是电荷量，
E 是电场强度。
电场力的方向与电场强度的方 向相同，即由正电荷指向负电
荷。
电场力做功的计算
电场力做功可以通过积分计算，即 W=∫F·dr，其中 W 是电场力做的功， F 是电场力，dr 是位移矢量。
在匀强电场中，电场力做功可以通过 W=qEd计算，其中 W 是电场力做 的功，q 是电荷量，E 是电场强度，d 是位移。
在非匀强电场中，需要计算电场力在路径上的积分来计算电场力做的功。
电场力做功的特点
01
电场力做功与路径无关，只与初末位置的电势差有关。
02
电场力做功是标量，没有方向。
03
电场力做功的过程是能量转化的过程，可以转化为其他形式 的能量。
电势能
03
电势能的定义
电势能是指电荷在电场中由于位置差 异而具有的能量。
电势能是电荷与电场共同具有的能量， 其大小由电场强度和电荷量共同决定。
电势能是相对的，与零电势点的选择 有关。
电势能的变化规律
1
电场力做功与路径无关，只与初末位置有关。
2
电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电 势能增加。
3
静电力做功与电荷的运动路径无关，只与初末位 置有关。
电势能与电场力的关系
01
电场力做功等于电势能的减少量。
02
电势能的变化量等于电场力做的功。
03 电势能与电场力做功的关系是能量守恒定律在静 电场中的具体表现。
THANKS.
静电场的环路定理、静 电场力的功、电势能
电学 1-4 环路定理、电势、电势差
§1.4.1 静电场的环路定理 §1.4.2 静电势能 §1.4.3 电势和电势差 §1.4.4 电势的计算 §1.4.5 等势面 §1.4.6 电势梯度
从功和能的角度研究静电场的性质
§1.4.1 静电场的环路定理
一、什么是保守力 ？
力所做的功只与物体的始末位置有关，而与所经历的
qE cos
a
b dl qlEcos
pE cos
W pE
当 p 和 E 同向时，W 取最小值 -pE，电偶极子达到稳
定平衡，即外电场的作用总是使电偶极子转向外场方向
§1.4.4 电势的计算
一、点电荷电场中的电势
选无限远为电势零点，点q电荷电量为 q，其场强为
E 40r 2 er
离点电荷为 r 的 P 点的电势为 积分路径沿径向
只与路径的起点和终点的位置有关，而与路径无关。
静电力是保守力，静电力场是保守力场。
式中
Aab
b E dr
称为场强沿任意路径
L 的线积分
q0
a
三、静电场环路定理
考察：试验电荷在电场中运动经过闭合路径回到原来
位置时，电场力做功 ？
A
F
L
b
dr
q0
E dr
L a
L1
b
q0 q0
例 4 两无限长同轴圆柱面，半径分别为 R1 和 R2。圆
柱面均匀带电，线电荷密度分别为 1 和 2 。
求：1)电势分布；2)两圆柱面之间电压。
解：1) 由高斯定理可得场强分布
E
0
1
2 0r
(r R1 ) (R1 r R2 )
方向 垂直 于圆
04静电场的环路定理 电势
1
•II区：球壳外电势
rR
U2
r
1 E2 dl r E 2 dr r
q q dr 2 4 0 r 4 0 r
Fan
I区：球面内
r R , E1 0
1
U1
q 4 0 R
q q II区：球面外 r R , E 2 4 0 r 2 U 2 4 0 r
U 4
i i
r
（2）连续带电体：将带电体分割成无限多个电荷元， 将每个电荷元看成点电荷，根据点电荷电势公式求电 荷元的电势，迭加归结于积分。
U dU
dq 4 0 r
注意电荷元的选取！
Fan
特别注意：
点势法的使用，必须是以无穷远处为电势零点为前提 条件。
up
q 40 rp
uab
b
a
E dl
Aab Wa Wb q0 q0 q0
b
a
E dl
移动单位正电荷自 ab 过程中电场力作的功。
移动单位正电荷 自该点 “势 能零点” 过程 中电场力作的 功。
b Wa Aab • 电势定义 ua E dl a q0 q0
意义：把单位正电荷从a点沿任意路径移到b点时电 场力所作的功。 电势差和电势的单位相同，在国际单位制中，电势 的单位为：焦耳/库仑（记作J/C），也称为伏特（V） ，即1V＝1J/C。
Fan
注意几点：
1.电势是标量，只有正负之分。
2. 电势和电势能一样都是相对的量，为了让它有确 定的值，必须选择一个零点作为参考点。但电势差 的值具有绝对的意义，与零点的选择无关。 3. 电势零点的选择： •对有限带电体一般选无穷远为电势零点。 在实际问题中，也常常选地球的电势为零电势。 •对无限带电体不宜选无穷远为电势零点。此时只有电 势的相对值（即电势差）有意义。 4.电势能与电势的区别：WP 可正可负，取决于 q 和 q0 ； U只取决于场源电荷 q 。
09-4静电场的环路定理和电势
r0
2 π 0r
dr
r
o VA 0 P r r0
2 π0
ln
r0 r
r
关于静电场的实验定律和定理的关系： 静电场 静止电荷
库仑定律
F12 q1q 2 4 π 0 r12
2
激发
高斯定理
e 12
1 E dS
S
0 （ S 内）
qi
平方反比律
-15
J C
1.6 10
-19
5 10 V
4
计算一个电子伏特（eV）的能量
一个电子在电场中经过电势差为1V的两点时，电 场力对它做的功
W qU
1.60 10
19
C 1V 1.60 10
19
J
一个电子伏特的能量
电子伏特是近代物理学中能量单位，虽然它也出现 “伏特”这个名称，但它并非电压的单位，而是能量 的单位
A B
A
AB两点之间的电势差等于场强由A点到B点的线积分
把电荷q从A点移动到B点，电场力做的功 B B WAB qE dl q E dl qU AB
A A
Wba 8 10
15
J
Wab qU ab q(Va Vb )
Vb 8 10
在负电荷形成的电场中，任 一点的电势均为负，且离点 电荷越远的点，电势越高
A A2 A3 1
点电荷系电场的电势 V A E dl
A
q1
q2 r2
r1
E3
场强的叠加原理
6—3静电场的环路定理电势
2.点电荷系的电势
•各点电荷在场点P产生的电场为E1、E2、…
•P电场为E1+E2+…
•取无限远为标准点，P电 势为
标
VP P E dl
标 标
P E1 dl P E2 dl
q1
q2 q3
r1 r2 r3
E3
E2
P
E1
V1 V2
+
二、电势梯度
1.方向导数
►两邻近等势面 Ua Ub
►沿l方向电势变化率 dV
dl
沿n方向电势变化率
dV dn
dn ·b n
a· ·b
dl
l
< Vb Va
这种沿某个方向的变化 率称方向导数。
►沿不同方向变化率不同，沿n方向电势变化率最快，即
dV cos dV dV
dn
dl dn
y
dl + + +
+
+
+R o +
+
+
dq dl qdl
r
2π R P
x
x
+
+
z+
+ +
dVP
1
4π 0r
qd l 2π R
方法二，电势叠加法,把带电体看成许多点电荷组成
VP
1
4π 0r
qdl q
q
2π R 4π 0r 4π 0 x2 R2
注意：方法一中的积分是对路径的积分 方法二中的积分是在带电体上进行的
S
0
三、电势能
大学物理10.4静电场的环路定理电势能.ppt
q1
q2
qi qn
带电体对q0 做功与路径无关 结论 静电场力做功只与始末位置有关，与路径无关，所以静 电力是保守力，静电场是保守力场。
二、静电场的环路定理
在静电场中，沿闭合路径移动q0，电场力做功
b
Aab q0E dl
L1
q0 由 a 点经 L1 到 达 b 点所做的功
b
a
a(L1) q0E dl b(L2 ) q0E dl
验一个电场不是静电场。 b c d a
E dl a E dl b E dl c E dl d E dl
b
d
a E1dl c E2dl
E1ab E2 cd 0 不是静电场
a
b
E
d
c
(2) 环路定理表明静电场电力线不能闭合（无旋场）。 (3) 静电场是无旋场，可引进电势能。
单个点电荷产生的电场rrqq4barrd1200???0al?dbabaqel????11400barrqq???lr?d?rqqbarr?4300???balbrardl?rd?qe??q0点电荷对q0做功与路径无关dr?l??drr?cosd?rl?r?r?d?r?dr?rr????0al?balqe?bqe?dbabaqel????012d?neel??????????01020alal?al?dddbbnlqelqel????????????????结论静电场力做功只与始末位置有关与路径无关所以静电力是保守力静电场是保守力场
例 如图所示, 在带电量为 Q 的点电荷所产生的静电场中，
有一带电量为 q 的点电荷
求 q 在 a 点和 b 点的电势能
解 • 选无穷远为电势能零点
Q
qQ 1
09-4静电场的环路定理和电势
19
19
J
一个电子伏特的能量
9.4 静电场的环路定理和电势
9.4.3 电势的计算
一、点电荷q的电场中任一场点的电势
无穷远处为电势零点
V ( P)
P
E dl E dr P Edr P
q q dr 2 r 4 πε r 4πε 0 r 0
电场指向电势降落方向
沿电场线方向移动正电荷，电场力做正功， 正电荷的电势能减少，故电势减小。
9.4 静电场的环路定理和电势
我们的心脏附近 的等电势线（类似于 电偶极子）
9.4 静电场的环路定理和电势
电势差
9.5.2 电场强度与电势梯度 E
U AB VA VB V
U AB E l El cos
9.4 静电场的环路定理和电势
电势是相对的，电势差是绝对的
电势差 U V V PQ P Q
单位：1V＝1J/C
P
Q
E dl
二、电势零点 1、电荷只分布在有限区域时，电势零点通常选在无 穷远处。 VP E dl 设Q点在无限远，VQ=0
P
2、 电荷分布延伸到无限远；可选取场中任一点， 合理选择电势零点可使问题简化。
y
P( x, y)
p cos V 4 π 0 r 2
在图示的Oxy坐标系中
q
r
O
r
r
q
r x y
2 2
2
l
x
cos
x x2 y 2
px V 2 2 3/ 2 4 π 0 ( x y )
9.4 静电场的环路定理和电势
静电场的环路定理、电势
R2
3
)2
=……
例3：求无限长均匀带电直线的电场中的电势 分布。
解：选取B点为电势零点，B点距带电直导 线为 rB 。
B B
U E dl
dr
p
p 2 0r
2 0 ln r 2 0 ln r0 2 0 ln r C
rp
Q rB B
☆当电荷分布扩展到无穷远时，电势零点不能 再选在无穷远处。
a
b
a
a、b两点的电势差等于将单位正电荷从a点移
到b时，电场力所做的功。
电势和电势能的区别：
电势是电场的属性，与试验电荷无关； 电势能是属于电荷和电场系统所共有。
注意:
1、电势是相对量，电势零点的选择是任意的。 对于有限带电体而言,电势零点的选择在无限 远点;对于仪器而言电势零点选择在底板上.
2、两点间的电势差与电势零点选择无关。
六、电势的计算
1、点电荷电场中的电势
q • r0
•P
距q为r（P点）的场强为
q
E 4 0r 2 r0
r
由电势定义得：uP
P
E • dl
q
r
4
0r
2
dr
q
4 0r
讨论：
➢大小
q 0 u 0 r u r u最小 q 0 u 0 r u r u最大
就等于把它从该点移到零势能处静电场力所作的功
五、电势、电势差
定义电势
ua
Wa q0
E dl
a
Wa q0 E dl
a
单位正电荷在该点 所具有的电势能
单位正电荷从该点到无穷远 点(电势零)电场力所作的功
定义电势差 ua ub
电场中任意两点 的 电势之差（电压）
所有分类 环路定理 电势能 电势
Wq0a b Ed clo s
dcl o s dr
Wq0ab Edr
点电荷的场
q
Wq0ab 410rq2dr
q0q 1 1
40 ra rb
b
rb
dl r
ra
q0 a
dr F
E
W q0q 1 1
40 ra rb
电场力的功只与始末位置有关，而与路径无关，电场力为保守力，静电场为保守场。
电场力是保守力，可引入势能的概念。
引力是保守力，作功为
W 引[Gm1 rm b2(Gm1 rm a2)]
取无穷远为零势能点，则引力势能为：
电场力作功
Ep
G m1m2 r
W q0q 1
40 ra
r1b (4q0q0rb
q0q )
40ra
1.电势能Ep
定义： 单位：焦耳，J
EP
q0q
40r
为点电荷电势能（选无穷远为零势能点）
r
r
r
0R E2dr d l/d /r/E / 高斯面
R410 rq2dr
q
4 0 R
•II区：球壳外电势
II
rR
选无穷远为电势 0 点，
U2 r E2dl
I
qo RE
r
r
r
rE2dr d l/d /r/E / 高斯面
1
r 40
rq2dr
q
4 0 r
II
I
qoR
II
I
qoR
qE
4 0 R 2
qV 4 0 R
oR
r oR
r
例3 如图，两个同心的均匀带电球壳，半径分别
大学物理电场的环路定理及电势的计算
0
qr
3
(r R ) (r R )
4 0 r
E
令 U 0 ，沿径向积分
1 r
2
U外
P
E 外 d r q 1 r
o
4
r
qr dr
0
r
3
R
r
4 0 r
U外
q 4 0 r
E dr
R
1 r
R
a
E dl
零势点
Ecosdl
a
注意： • 选取零势点的原则：使场中电势分布有确定值 一般,场源电荷有限分布:选 U 0 场源电荷无限分布:不选 U 0 许多实际问题中选 U 地 球 0
[例一] 点电荷 q 场中的电势分布
r E
o
P
解： E
L L
静电场中任意闭合路径
静电场环路定理
E dl 0
L
路径上各点的总场强
静电场强沿任意闭合路径的线积分为零.反映了 静电场是保守力场.
凡保守力都有与其相关的势能，静电场是有势场.
三. 电势能 W
由 A保 E P W
b
A静 电 力 q 0
a
E dl (W b W a ) W a W b
dq 4 0 r
dU
4 r d r
2
4 0 r
rd r 0
R2
由叠加原理：
r
R2
R1
o P
U
dU
环路定理_电势
等势面、 与 的微分关系 §5.等势面、E与U的微分关系 / 二、等势面性质 等势面
3) 场强与电势的微分关系
v v U a − U b = −dU = E ⋅ d l v v −dU = E ⋅ dl = Ex dx + E y dy + Ez dz
∂U ∂U ∂U Ey = − Ez = − Ex = − ∂y ∂x ∂z U + dU v ∂U v ∂U v ∂U v E = −( i+ j+ k) U ∂x ∂y ∂z
a
电荷在点电荷场中的电势能（ 电荷在点电荷场中的电势能（选无穷远 为零势能点） 为零势能点） q0 q 电势能是标量 标量, 电势能是标量 W= 电势能是属于系统的. 4πε 0 r 电势能是属于系统的
电场中的W、 §5.电场中的 、EP、V、U / 三、电势能 电场中的 、
4. 电势差和电势
电势差
电场中的W、 §5.电场中的 、EP、V、U / 一、电场力的功 电场中的 、
2. 环路定理
1) 定理表述 静电场中电场强度沿任意闭合路径的线 积分等于零。 积分等于零。
∫
L
v v E ⋅ dl = 0
高斯定理说明静电场是有源场 高斯定理说明静电场是有源场, 环路定理说 有源场 明静电场是保守力场 无旋场。 保守力场或 明静电场是保守力场或无旋场。
R2 r R2 r
R2
2
∞ R2
q1
− q2
o R1 III II I
=∫
r
∞
q1 − q2 +∫ dr 2 R2 4πε r 0
4πε 0r
q1
2
dr
R2
高斯面
1 q1 1 q2 = − 4πε 0 r 4πε 0 R2
静电场的环路定理和电势
若令 E p(b) 0
(0)
(0)
Ep(a)
(a)
F dl
q0
E dl
(a)
3 电势
定义：把一个单位正电荷从静电场中 P1点移到 P2 点，电场力作的功等于 P1点到P2点电势的减量。
P1
P2
两点之间的电势差， 并不仅由这两点处的电场决定， 它取决于电场的分布。
设 P2为电势为零的参考点，2 =0
对无限大电荷分布， 选有限远 的适当点为电势零点。
实际上：常选大地或机壳的公共线 为电势零点。
例1：求点电荷 q 的电势分布。
【解】 利用电势定义（积分法）
取无限远为电势零点,
()
E dl ( p)
r
q
4 π 0r 2
dr
q
4 π0r
0
q
r
P
∞
r dl
q> 0 r
q< 0
--------点电荷的电势公式
取某一距离直线为 r0 的 P0点的电势为零。
任一点 P 的电势
P0
rP
Edl P
P P0
P’
P0
Edl Edl
P
P
r0
r0
0
dr
r 2 π0r
rP
P’
r0
> 0
0 r0
r0
dr
r 2 π0r
P0
r > r0 的点，电势为负,
r = r0 的点，电势为零,
由场强叠加原理
可以证明：
任意点电荷系或连续带电体的静电场也是保守力场。
常用下式表示静电场 的保守性：
……称为静电场的环路定理
10静电场2(环路定理、电势)
P 1
3.关系：E q V P 0
W EP1 EP2 q0U12
二、点电荷电场的电势 在点电荷的电场中任取一点P，由电势的定义来 计算P的电势：
V
P
E dr E dr
P
q
P
q 40 r
2
P
dr
q 40 r
r
E dr
积分路径选为沿径向的直线 在正点电荷的电场中，电势为正，随r的增大电 势逐渐减小；在负点电荷的电场中，电势为负，随 r的增大电势逐渐增大。并且，在点电荷的电场中， 电势也呈球对称分布。
2．在电场中任一点，电势沿不同方向的空间 变化率不相等。 当 0 时，l 沿着 E 的方向，变化率有最 大值： dV E max dl
即沿某一方向的电势的空间变化率最大， 此最大值称为该点的电势梯度，其方向是 该点附近电势升高最快的方向。
E
三、电势能 静电场力是保守力，可引入电势能的概念。 静电场力做功等于电势能的减少。 在静电场中，试验电荷由点 P 运动到点 P2， 1 则电场力做功为： P W q0 E dr EP EP
2
P 1
1
2
P E P1 、 P2 即分别为 q0 在 P 、 2 点的电势能。 E 1
则有： 1 V2 V
P2
P 1
E dr
1.单位：V， V 1J / C 1 2.通常选取无穷远处或大地为电势零点，则有： EP V E dr P q0
即P点的电势等于场强沿任意路径从P点到 无穷远处的线积分。
电势的值随电势零点选取的不同而不同， 是相对的；而两点的电势差是绝对的，与 电势零点无关。 P U12 V1 V2 E dr
环路定理电场强度的线积分静电场的环流为零电势环路定理
环路定理电场强度的线积分电势静电场的环流为零环路定理其实是我们熟悉的静电场是保守力场的另一种数学描述形式. 有了高斯定理和环路定理, 静电场就有了一个完整的描述.例题 17-4-1 圆环均匀带电,半径为R,电量为q,求轴线上的电势.xRr = R2 + z2zzyϕ=14πε 0ηdl∫L r=4πε 01 R2+z2∫Ldq=q4πε0 R2 + z2例题 17-4-2 求半径为R总电量为q的均匀带电球在球内外的电势分布.∞解:由例题17-3-1,可知电场强度分布为E=⎧ qr⎪⎪⎪⎨4πεq0rR3 ⎪⎩ 4πε0r3, ,r<R r>R取参考点为无穷远,电势为ϕ(r) = ∫r∞ E ⋅ dlPrR路径选为沿径向(图中橙色线), 场点在球外时,电势为ϕ(r)=∫r∞qdr4πε0r 2=q4πε0r场点在球内时，电势为ϕ(r)=∫rRqrdr4πε 0 R 3+∫R∞4πqεd0rr 2=q (3 −8πε 0 Rr2 R2)六.电场线 规定电场线上每一点的切线方向与该点的E的方向一致.-qq-q2q三个点电荷位于等边三角形的顶点上, 电荷大小都为 q .从中心附近的电场的方向可以简单的看出, 位于中心的点电荷处于不 稳定平衡. 定性上看黑色虚线所示球面上的通量为零.电场线的三条性质：(1)电场线始于正电荷或无穷远,终于负电荷或无穷远,在无 电荷处不中断.q-qS1S2S3规定过任一面元的Ｅ通量与通过该面元的电场线数目成正比，则 电场线的疏密程度能反映电场强度大小．(2)电场线不相交, 否则试探点电荷受力有两个可能的方向.(3)电场线不闭合.七.等势面 空间中电势相等的点的集合构成了等势面.点电荷的等势面 等势面与电场强度处处正交. 作业: 17-13, 17-14, 17-15《费曼物理学讲义》 R. P. Feynman第二卷是关于电磁学的.。
第 2 章 电势
P0
P0
P
∑E
i
dl = ∫ E 1 dl + ∫ E 2 dl +
P P
P0
P0
= 1 + 2 = ∑ i
在由多个点电荷产生的电场中， 在由多个点电荷产生的电场中 ， 任意一点的电 势等于各个点电荷单独存在时在该点产生的电势 的代数和。这个结论称为电势的叠加原理。 的代数和。这个结论称为电势的叠加原理。 电势的叠加原理
rb L ra
E P = mgh
W = Wb Wa = ∫ dA = ∫ q0 E dl
b a = ∫ E dl
ra
rb
= q0 ( b a )
五、电势能 定义电势能
W = q0
一个电荷在电场中某点的电势能 电势能等于它的电 即：一个电荷在电场中某点的电势能等于它的电 量与电场中该点电势的乘积。 量与电场中该点电势的乘积。 一般取 r→∞ 时为势能零点，则空间任一点的电 时为势能零点， 势能为
二、电势差和电势
1.电势差 电势差
A = ∫ q0 E dl =q0 ∫ E dl ∝ q0
ra ra rb rb
静电力作功与具体路径无关，只取决于检验电 静电力作功与具体路径无关， 荷的始末位置。 始末位置。 定义 电势差
rb A a b = = ∫ E dl ra q0
二、电势差和电势
eV＝ 特（eV）：1eV＝1.6×10-19J
c
n
+ Δn θ Δl a
E
b l
四、电势梯度
4.电场强度与电势的关系 电场强度与电势的关系
由于 E = d dn
d n = dn
E =
即电场强度大小为电势的梯度，但是方向相反。 即电场强度大小为电势的梯度，但是方向相反。
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环路定理--电势
环路定理电势
－选择题
题号：30411001
分值：3分
难度系数等级：1
1．下列关于场强和电势的关系的说法中，正确的是：()A已知某点的场强E，就可以确定该点电势U；()B已知某点的电势U，就可以确定该点场强E；
C在某空间内的场强不变，则U也一定不变；()D在()
等势面上，场强E不一定处处相等。
答案：()D
题号：30411002
分值：3分
难度系数等级：1
下列关于静电场的说法中，正确的是：
()A电势高的地方场强就大；()B带正电的物体电势一定是正的；
C场强为零的地方电势一定为零；()D电场线与()
等势面一定处处正交。
答案：()D
题号：30413003
分值：3分
难度系数等级：3
在均匀电场中各点，下列诸物理量中：(1)电场强度、(2)
电势、(3)电势梯度，哪些是大小相等的?
()A (1)、(2)、(3)都相等； ()B (1)、(2)相等； ()C (1)、(3)相等； ()D (2)、(3)相等。
答案：()C 题号：30412004 分值：3分
难度系数等级：2
图中实线为某电场中的电场线，虚线表示等势面，由图可看出：
()A ,A
B
C
A
B
C
E E E U U U >>>>； ()B ,A
B
C
A
B
C
E E E U U U <<<<； ()C ,A
B
C
A
B
C
E E E U U U >><<； ()D ,A
B
C
A
B
C
E E E U U U <<>>。
答案：()D
题号：30413005 分值：3分
难度系数等级：3
关于静电场的保守性的叙述可以表述为：
()A 静电场场强沿任一曲线积分时，
只要积分路径是某环路的一部分，积分结果就一定为零；
()B 静电场场强沿任意路径的积分与起点和终点的位置有关，也要考虑所经历的路径；
()C 当点电荷q 在任意静电场中运动时，电场力所做的功只取决于运动的始末位置而与路径无关。
()D 静电场场强沿某一长度不为零的路径做积分，若积分结果为零，则路径一定闭合。
答案：()C
题号：30412006
分值：3分
难度系数等级：2
静电场中，电场线为平行直线的区域内
()A场强E处处相同，电势U可以存在不同；()B场强E可以处处不同，电势U可以处处相同；
C场强E可以处处不同，电势U可以处处不同；()D
()
场强E处处相同，电势U也处处相同。
答案：()A
题号：30413007
分值：3分
难度系数等级：3
关于等势面正确的说法是
()A电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功；()B等势面上各点的场强大小相等；
C等势面的方向指示电场强度的减小；
()
D两等势面不能相交
()
答案：()D
题号：30413008
分值：3分
难度系数等级：3
关于等势面，下列的说法中错误的有
()A等势面上各点的场强的方向一定与等势面垂直；()B在同一等势面上移动电荷，电场力一定不做功；
()
C 等量异号点电荷连线的中垂线一定是等势线；
()D 在复杂的电场中，不同电势的等势面可以在空间相交 。
答案：()D
题号：30413009
分值：3分
难度系数等级：3
一个电场等势面与纸面的交线称等势线。
若某
电场的等势线如图，已知1
2
3
U >U >U ，在2
U 上有点M 、N ，
则关于M 、N 两点的电势M ϕ、N ϕ及电场强度M E 、N
E 的关系，下列的说法中正确的有
()A M N ϕϕ=，M E 一定小于N E ； ()B M N ϕϕ=，M E 一定大于N
E ；
()C M N
ϕϕ=，
M
E 等于N
E ； ()D M
N
ϕ
ϕ=，M
E 和N
E 哪个大不
能确定。
答案：()B
题号：30412010 分值：3分
难度系数等级：2
在以下公式中，E 是电场强度，可以说明静电场保守性的是
()A ⎰=⋅L
q l d E 0
int ε ； ()B 0=⋅⎰l d E L ； ()C ⎰=⋅L
S d E
； ()D ⎰
=⋅L
q
S d E 0
int
ε 。
答案：()B
二 判断题
N U 1 M U 2 U 3
题号：30422001 分值：2分
难度系数等级：2
静电场的环路定理和高斯定理都是说明静电场特性的。
其中环路定理说明静电场的电场线不闭合。
答案：对
题号：30422002 分值：2分
难度系数等级：2 静电场中，若在电场区域内电场线是平行的，则该区域内电场强度和电势都相等。
答案：错
题号：30421003 分值：2分
难度系数等级：1
静电场的保守性体现在电场强度的环流等于零。
答案：对
题号：30423004 分值：2分
难度系数等级：3 静电场的环路积分0
=⋅⎰
l d E L
，表明静电场是非保守场，
可以引入电势的概念。
答案：错
题号：30422005
分值：2分
难度系数等级：2
在电势不变的空间，场强处处为零。
答案：对
题号：30423006
分值：2分
难度系数等级：3
当知道空间某区域的电势分布时，对该电势求梯度就是该区域的电场强度。
答案：错
题号：30422007
分值：2分
难度系数等级：2
均匀带电球面的外部，等势面是同心球面。
答案：对
题号：30421008
分值：2分
难度系数等级：1
当静电场的分布很复杂时，电场线可能闭合。
答案：错
题号：30424009 分值：2分
难度系数等级：4 有人说：只要知道电场中的一个等势面，就可以确定它周围的电场。
答案：错
题号：30421010 分值：2分
难度系数等级：1
场强弱的地方电势一定低、电势高的地方场强一定强。
答案：错
三 填空题
题号：30432001 分值：2分
难度系数等级：2
静电场的环路积分0=⋅⎰l d E L
，表明静电场是 场，可以引入电势来描述静电场。
答案：保守
题号：30433002
a b
c
分值：2分
难度系数等级：3
如图所示，在静电场中，一电荷
q沿正三角形的一边从
a点移动到b点再移动到c点后回到a点，电场力作功等于零。
这个结论可以由静电场的定理直接说明。
答案：环路
题号：30434003
分值：2分
难度系数等级：4
一静电场的电势分布是2
=-，其中x和y的单位均
U xy
4(V)
以米记。
则电场强度的分布是E= 。
答案：21
E y i xyj-
=+⋅
48(V m)
题号：30433004
分值：2分
难度系数等级：3
求电场强度的方法有两种，一种是采用电场叠加原理直接求解，另一种就是用电势叠加原理求出空间电势的分
布(,)
U x y求运算即可。
U x y，然后对(,)
答案：梯度
题号：30432005
分值：2分
难度系数等级：2
均匀带电球面内部的电场强度等于零，则说明球面内部的电势是 的。
答案：相等的
题号：30331006 分值：2分
难度系数等级：1
描述静电场性质的两个基本定律是高斯定理和 定理。
答案：环路定理
题号：30432007 分值：2分
难度系数等级：2
静电场的环路定理的数学表示式为：______________________。
答案：0=⋅⎰l d E L
题号：30432008 分值：2分
难度系数等级：2 电场强度是矢量，用电场线的疏密表示其大小。
在等势
面已经确定的情况下，画出电场线时，必须注意电场线 _等势面。
答案：垂直于
题号：30433009
分值：2分
难度系数等级：3
电荷在等势面上移动时，电场力作功为零，电荷是否受到电场力的作用？___________
答案：受到
题号：30432010
分值：2分
难度系数等级：2
电场强度的大小与电势的高低没有必然的联系，但由电场强度的方向可以判断电势的高低。
沿着电场强度的方向，电势总是不断的。
答案：降低。