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AP-Physics-C-EM

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AP Physics C: Electricity and Magnetism 中文知识库与学习笔记,涵盖静电学、电路、磁场和电磁感应。

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02 电势与电容/电势与电势能.md
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电势与电势能

一句话

电场看“每单位电荷受多大力”,电势看“每单位电荷有多少电势能”。

核心公式

电势能变化:

ΔU=−∫ABF⃗e⋅ds⃗=−q∫ABE⃗⋅ds⃗\Delta U = - \int_A^B \vec F_e \cdot d\vec s = -q \int_A^B \vec E \cdot d\vec s

电势差:

ΔV=ΔUq=−∫ABE⃗⋅ds⃗\Delta V = \frac{\Delta U}{q} = - \int_A^B \vec E \cdot d\vec s

点电荷电势(取 V(∞)=0V(\infty)=0):

V=keQrV = k_e \frac{Q}{r}

多个点电荷:

V=∑ikeqiriV = \sum_i k_e \frac{q_i}{r_i}

连续分布:

V=∫kedqrV = \int k_e \frac{dq}{r}

常见模型

匀强电场

若位移与电场同向,距离为 dd:

ΔV=−Ed\Delta V = -Ed

更一般地:

ΔV=−Edcos⁡θ\Delta V = -E d \cos\theta

带电圆环轴线上电势

V=keQx2+R2V = k_e \frac{Q}{\sqrt{x^2 + R^2}}

带电圆盘轴线上电势

取无穷远处为零:

V(x)=σ2ε0(x2+R2−∣x∣)V(x) = \frac{\sigma}{2\varepsilon_0}\left(\sqrt{x^2 + R^2} - |x|\right)

球形导体

  • 导体外部:V=keQ/rV = k_e Q/r
  • 导体内部:VV 为常量,且等于表面值 keQ/Rk_e Q/R

等势面

  • 等势面上移动电荷,电场力做功为零。
  • 电场线总与等势面垂直。
  • 电场强的地方,等势面通常更密。

二级结论

  • 电势是标量,叠加时直接代数求和。
  • 已知 V(x)V(x),可用 Ex=−dV/dxE_x = -dV/dx 反推电场。
  • 远离有限电荷分布时,电势常先近似成点电荷形式。

易错点

  • 电势是系统量,不是某个电荷“自带”的标签。
  • 电势可以为负;电容永远为正。
  • “电势高”不等于“电场大”;两者不是同一个物理量。

前置

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常与之比较

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