电势能公式_电势能的三个基本公式

高中物理必修:深化理解非静电力与电动势

在电场力的作用下,正电荷会沿着导线从电源正极流向负极。若电路中仅存在静电力的作用,正负两极上的电荷很快便会中和,无法的电流,而只会形成短暂的电流流动。

乙图展示了一个水泵的情景,它借助外部能量转化为水的重力势能,使得水得以持续流动。水从高处流向低处,通过水轮机完成能量转换,将水的重力势能转换为其他形式的能量。与此类似,丙图描绘了电源的工作原理。电源通过“非静电力”提供能量(如电池中的化学能或发电机中的机械能),并将其转换为电荷的电势能。这样,电流得以持续流动,电流向电势低处移动,并通过电路中的用电器完成能量的进一步转换。

1. 静电力:静电力是静止带电体之间的作用力,例如每对静止的点电荷之间的力。这种力可以通过库仑定律进行计算。

2. 非静电力在电源中:在电源内部,除了静电力之外,还存在对电荷运动产生促进或阻碍作用的“非静电力”。这些力包括化学作用、电磁作用等。

(1) 在电源外部的电路中,自由电荷在静电力的作用下移动,静电力的做功使得电势能转换为其他形式的能量。在电源内部,自由电荷的移动方向与静电力的方向相反。此时起作用的不再是静电力,而是“非静电力”。非静电力做功将电荷“运送”到电势能较高的电极,增加电荷的电势能(同时消耗其他形式的能量)。因此可以说,电源是通过非静电力做功将其他形式的能量转换为电势能的装置。

(2) 非静电力在电路中的作用是维持两极间的电势差,从而确保电路中持续的电流流动,并为电路提供必要的电能。

(3) 关于非静电力的实质:在化学电池中,非静电力主要表现为化学作用,将化学能转换为电势能;在发电机中,非静电力则是电磁作用,将机械能转换为电势能。

3. 电动势的概念解读:

(1) 不同电源中的非静电力做功的能力有所不同。将相同数量的正电荷从电源的负极移送到正极,非静电力做功的差异导致电动势的大小不同。

(2) 电动势E是一个标量。为了便于研究,我们规定电动势的方向为电源内部电流的方向,即从负极指向正极。

(3) 公式E=W/q定义了电动势,但该公式并不决定E的大小。E的值与W和q无关,而是由电源中非静电力的特性决定的。

(4) 电动势的大小等于非静电力将1库仑的正电荷在电源内部从负极移至正极所做的功。这里强调的是“1库仑的正电荷”,而非“任意电荷”。