物理量包括矢量和标量,矢量既有大小又有方向,标量隻有大小而沒有方向。
運算法則區别
在中學物理,長度、質量、時間、密度、功、能量、溫度、電流強度等都是标量,标量運算服從代數運算法則。
力、位移、速度、加速度、動量、沖量、電場強度、磁感應強度等都是矢量,矢量的運算要遵循平行四邊形法則或三角形法則。矢量常用帶有箭頭的直線段表示,線段的長度代表矢量大小,箭頭代表矢量的方向。
如果場源是多個點電荷,電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點産生的電場強度的矢量和。這種關系叫電場的疊加原理。
電勢疊加原理主要用于研究多電荷問題。帶電體系靜電場中一點的電勢等于每一點電荷單獨存在時在該點的電勢的代數和。電勢叠加原理是場的叠加原理的必然結果。
例:兩個相同的負電荷和一個正電荷附近的電場線分布如圖所示,
c是兩負電荷連線的中點.d點在正電荷的正上方,c、d到正電荷的距離相等,則(ACD)
A.a點的電場強度比b點的大
B.a點的電勢比b點的高
C.c點的電場強度比d點的大
D.c點的電勢比d點的低
比較電場中任意兩點 電勢高低的一般方法是:先通過作等勢面的方法,将 這兩點移到同一電場線上;再根據沿着電場線的方向電勢逐漸降低來比較兩點電勢的高低.這種方法多數情況下都能有效地幫助解決問題,但有時也會困難重重.
例:如圖所示,
電荷量為+q和-q的點電荷分别位于正方體的頂點,正方體範圍内電場強度為零的點有(D),正方體範圍内電勢為零的點有(A)
A.體中心、各面中心和各邊中點
B.體中心和各邊中點
C.各面中心和各邊中點
D.體中心和各面中心
例:在真空中M,N兩點分别放有異種點電荷+2Q和-Q,以MN連線中點O為中心作一圓形路徑abcd,a、o、c三點恰好将MN四等分b、d為MN的中垂線與圓的交點,如圖所示,
則下列說法正确的()
A.a、b、c、d四點電場強度的大小關系是Ea>Ec,Eb=Ed
B.在MN的連線上,o點的電場強度最小
C.a、b、c、d四點電勢的大小關系是φa<φc,φb=φd
D.将帶負電的試探電荷由b沿直線移動d的過程中,其電勢能始終不變
例:如圖所示,
ABC為等邊三角形,電荷量為+q的點電荷固定在A點,先将一電荷量也為+q的點電荷Q₁從無窮遠處(電勢為0)移到C點,此過程中,電場力做功為-W.再将Q₁從C點沿CB移到B點并固定.最後将一電荷量為-2q的點電荷Q₂從無窮遠處移到C點.下列說法正确的有()
A.Q₁移入之前,C點的電勢為W/q
B.Q₁從C點移到B點的過程中,所受電場力做的功為0
C.Q₂從無窮遠處移到C點的過程中,所受電場力做的功為2W
D.Q₂在移到C點後的電勢能為-4W
運用電勢疊加的概原理,點電荷在空間某點産生的電勢與電場強度 類似———與距離和電荷量的大小及正負有關,點電勢公式φ=kQ/r(取無窮遠為電勢零點,Q有正負之分),所不同 的是電場強度是矢量,它是運用平行四邊形定則疊加的,而電勢是标量,可直接進行代數運算.
取無窮遠的電勢為零, 根據“沿着電場線的方向電勢逐漸降低”的規律,得到正點電荷在周圍空間産生的電勢是一個正值,負點電荷在周圍空間産生的電勢是一個負值;正點電荷在距離較遠的點産生的電勢低,在距離較近的點産生的電勢高;點電荷的等勢面是以點電荷為球心的一簇簇球面;兩個等量同号點電荷在相等距離點産生的電勢相等;兩個等量異号電荷在相等距離點産生的電勢大小相等,正負不同,即等量異号電荷在兩電荷連線的中垂面上任一點産生的總電勢均為零.
對于多個點電荷産生的電場強度可以利用對稱性和等量同号電荷、等量異号電荷這兩個模型場強特點處理問題;對于多個點電荷産生的電勢利用“等量異号電荷在兩電荷連線的中垂面上任一點産生的 總電勢均為零”結論處理問題.
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