电势能、电势、电势差、电场强度、电场力做功之间的区别及联系

电势能、电势、电势差、电场强度、电场力做功之间的区别及联系

发表时间：2011-09-06T14:29:00.983Z 来源：《中学课程辅导•教学研究》2011年第16期供稿作者：戴尚勇

[导读] 电势差与电势的关系：UAB=φA-φB，UBA=φB-φA。

戴尚勇

摘要：在高中物理学习过程中，学生总是对电势能、电势、电势差、电场强度、电场力等概念混淆不清。为了解决这一难题，本文总结分析了这几个物理量的概念和特点，并找出了它们之间的区别和联系。

关键词：电势能；电势；电势差；电场强度；电场力做功；区别；联系

作者简介：戴尚勇，任教于陕西省安康市石泉中学。

电势能、电势、电势差、电场强度、电场力作功是静电场中非常重要的概念,具有抽象、复杂、难以区别的特点。笔者通过多年的教学发现大部分学生对这一部分知识掌握得都不好，基本的概念都无法辨别清楚，更别说理解它们之间的联系和区别。鉴于此，笔者对教材内容进行了创新，认真总结了这几个物理量的规律和特点，并找出了它们之间的区别和联系，使得知识脉络清楚，便于学生理解和学习。下面我们就来一起分享笔者的总结成果。

一、电势能

1.定义：电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时电场力所有做的功。

2.电势能的单位：焦耳，符号为J。

3.电势能零点的选取,若要确定电荷在电场中的电势能，应先确定电场中电势能的零位置。零势能处可任意选择,常取无限远处或大地的电势能为零点。

4.电荷在电场中某点具有的电势能等于将该点电荷由该点移到电势零点电场力所做的功。电势能反映电场和处于其中的电荷共同具有的能量。

5.静电力做功与电势能变化的关系：电场力做多少功，电势能就变化多少。

6. 如何比较电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低: 将电荷由A点移到B点根据电场力做功情况判断，电场力做正功，电势能减小，电荷在A点电势能大于在B点的电势能，反之电场力做负功，电势能增加，电荷在A点的电势能小于在B点的电势能。

二、电势

1.定义：在电场中，某点电荷的电势能跟它所带的电荷量之比叫做这点的电势。电势是从能量角度上描述电场的物理量（电场强度则是从力的角度描述电场) 。

2.电势符号是φ，单位是伏特，符号：V。

3.电势只有大小，没有方向，是标量。

4.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。

5.电势是一个相对量，其参考点是可以任意选取的。在具体应用中，常取标准位置的电势为零。电势只不过是和标准位置相比较得出的结果。我们一般取地球为标准位置，在理论研究时，常取无限远处为标准位置。

6.电势的特点：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。

7.等势面：电场中电势相等的点构成的面。

三、电势差

1.定义：电势差是指电场中两点之间电势的差值，也叫电压，用字母U表示。

2.在国际单位制中，电势差的单位是伏特，简称为伏，符号是V。

3.公式：UAB=WAB/q，电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功与电荷量的比值叫做A、B两点的电势差。

4.物理意义：（1）由电场中两点位置决定，反映电场能的性质。（2）与检验电荷电量、电性无关。（3）表示移动单位正电荷，电场力做的功。（4）电场中A、B两点间的电势差跟移动电荷的路径无关，只与AB位置有关。

5.电势差是标量，但有正、负，正、负只表示哪点电势高，哪点电势低。

6.电势差的数值与零电势点的选取无关。

7.电压和电势差是同一个物理概念的两种不同说法。电压和电势差的区别就是电势

差有正负，而电压不提正负。

四、电场强度

1.定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电量的比值叫该点的电场强度，简称场强。

2.定义式：E=F/q，F为电场对试探电荷的作用力，q为放入电场中某点的试探电荷的电荷量，适用于一切电场。

3.电场强度国际单位：牛／库（N／C）。

4.电场强度是矢量，规定场强方向为正电荷在该点所受电场力方向，与负电荷受力方向相反。

5.物理意义：描述电场强弱的物理量。电场强度的大小取决于电场本身，或者说取决于激发电场的电荷，与电场中的试探电荷无关。

6.真空中电荷场强公式：E＝kQ/r2 （与检验电荷q无关，仅与场电荷Q及r有关）。

五、电场力做功

通常可以利用以下几种方法计算电场力所做的功。

1.利用计算，F应为恒力，只能在匀强电场中使用。

2.利用计算，电场力做功过程是电势能和其他形式的能相互转化的过程。在已知电荷的电势能时，利用计算电场力做的功比较方便。

3.利用计算电场力做功，式中各个量可以取绝对值，功的正负则根据电场力的方向和位移的方向来判断；也可以将q，的正负号代入

公式进行计算，从而根据W的正负来判断功的正负。

4.如果不能用上面方法直接计算电场力做功，则可以利用动能定理、能量转化和守恒定律等间接计算电场力做功。电场力做功的特点：(1)在电场中将电荷q从A点移动到B点，电场力做功与路径无关，只与A，B两点的位置有关。(2)电场力做的功是标量，但有正功、负功之分。(3)电荷在同一等势面上移动，电场力不做功。

六、相互联系

关于电势能、电势、电势差、电场强度、电场力做功的相互关系。

1.电势差、电场强度的关系:UAB=Ed或E=UAB /d。说明：(1)适用于匀强电场中，d必须是沿着场强方向的距离，如果电场中两点不沿场强方向，d的取值应为在场强方向的投影，即为电场中该两点所在的等势面的垂直距离。(2)公式E=UAB /d表明，匀强电场的电场强度，在数值上等于沿着电场方向上单位距离的电势降落，正是依据这个关系，电场强度的单位还有V/m。（3）虽然公式U=Ed只适用匀强电场，但在非匀强电场问题中，我们也可以用此式来比较电势差的大小。

2.电场强度与电势的关系：(1)电场强度与电势无直接关系，因为某点电势的值是相对选取的零电势点而言的，选取的零电势点不同，电势的值也不同，而场强不变。零电势可以人为选取，而场强是否为零则由电场本身决定。学生容易犯的一个错误是把电势高低与电场强度大小联系起来，误认为电场中某点电势高，场强就大；某点电势低，场强就小。(2)电场强度方向就是电势降低最快的方向，只有沿场强方向，在单位长度上的电势差最大，也就是说电势降低最快的方向为电场强度的方向，但是，电势降低的方向不一定是场强方向。(3)电场线与等势面垂直。

3.电势差与电势的关系：UAB=φA-φB，UBA=φB-φA。即电势的差值就是电势差，电场中某点的电势与零电势点的选取有关，但两点电势的差值与零电势点的选取无关，所以电场中确定的两点，电势差不变。

4.电场力做功与电势差关系：（1）电场力做功的大小与电荷所带电荷量和两点间电势差有关。（2）不论是恒力还是变力，电场力所做的功都可以使用W＝qU进行计算。（3）电势差在数值上等于单位正电荷从A点移动到B点时电场力所做的功。

5.电场力做功与电势能的关系：电场力做功只与起点和终点的位置有关，而与所经过的路径无关，电场力做功等于电势能的减少量（即初量减末量），电场力做功是电势能变化的量度。电场力对电荷做正功，电荷的电势能减少；电荷克服电场力做功，电荷的电势能增加；电场力做功的多少和电势能的变化数值相等，这是判断电荷电势能如何变化的最有效的方法。

以上就是笔者对电势能、电势、电势差、电场强度、电场力做功的区别及联系的总结。作者单位：陕西省安康市石泉中学邮政编码：725200 Differences and Contacts between Electric Potential Energy, Electric Potential, Electric Potential Difference, Electric Field Strength and Electric Field Force Doing Work DAI Shangyong Abstract: In senior high school physics learning, students are always confused on electric potential energy, electric potential, electric potential difference, electric field strength and electric field force. In order to solve this problem, this paper summarizes and analyzes concepts and characteristics of these physical quantity and finds the differences and contacts between them. Key words: electric potential energy; electric potential; electric potential difference; electric field strength; electric field force doing work; differences; contacts