电势零电势的妙用

时间：2019-05-23 03:23:52　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　电势、电势差、电势能是描述电场能的性质的物理量，是高考考查的重点；含容电路的电流和电量的计算是高中物理教学的难点，学生极易出错.这些物理量又通过电势这条纽带相联系.单位正电荷从电场中某一点移到参考点时电场力所做的功，叫做这一点的电势；电场中两点的电势的差值叫做电势差；外电路中的电流方向是从高电势流向低电势的；电容器的带电量大小与电势差紧密相连.选取合适位置作为零电势点，就能化解教学难点，起到意想不到的效果.本文就此谈谈自己的肤浅看法，权当抛砖引玉.
　　1巧取零电势，判断电势能的变化更轻松
　　案例1如图1所示，在x轴上关于原点O对称的两点固定放置等量异种点电荷+Q和-Q，x轴上的P点位于-Q的右侧.下列判断正确的是
　　A.在x轴上还有一点与P点电场强度相同
　　B.在x轴上还有两点与P点电场强度相同
　　C.若将一试探电荷+q从P点移至O点，电势能增大
　　D.若将一试探电荷+q从P点移至O点，电势能减小
　　正确答案A、C.
　　错解选A或A、D.
　　错解分析根据等量正负点电荷的电场线分布可知，在x轴上还有一点与P点电场强度相同，作出选A正确的判断显然是无可非议的；将一试探电荷+q放在电场线上的P点，电场力的方向和场强方向相同，水平向左；将它向左移动，位移的方向向左，电场力做正功，电势能减小，选D.综上选A、D.或进一步分析出试探电荷移过右侧-Q向左运动过程中，电场力做负功，电势能增大，认为从P点移至O点整个过程中电势能先减小后增大，排除C、D.选A、D的同学，只分析了试探电荷未移过右侧-Q的过程中，电势能的变化，没有对全过程深入分析，以偏概全.溜选C的同学，虽然能正确分析了从P移动到O点得整个过程中电势能的变化，但没有能更进一步比较出全过程电势能的增加量和减小量的关系，造成遗憾.
　　巧解取无穷远电势为零，则电势能为零.由等量异种电荷的电场线分布可知，P点处电场线由右向左，沿电场线方向电势逐渐降低，故P点的电势小于零.根据电势能的计算公式Ep=
　　知，无穷远；q大于零，P点的电势能小于零.将过O点的中垂线(即为等势线)延伸至无穷远，知O点的电势为零，电势能也为零.因此，将试探电荷+q从P点移至O点，电势能增大.所以选A、C.
　　点评本题难点是比较试探电荷在P点和O点的电势能大小.巧解中取无穷远的电势为零，巧妙将等量异种点电荷的中垂线(等势线)延伸至无穷远，求得P、O两点的电势和电势能大小，可谓一箭双雕；最终迅速作出正确的判断，避免了复杂的过程分析，事半功倍.
　　2巧取零电势，电路中电流准方向清
　　案例2如图2所示电路中已知I=3A，I1=2A，R1=10
　　错解选A、D.
　　通过R2的电流I2=3A-2A=1A，
　　方向向右，并由此得
　　Uab=I1R1=2×10V=20V，Uac=I2R2=1×5V=5V，
　　bc两点的电势差Ubc=Uab-Uac=15V，
　　bc间的电流为
　　I3=UbcR3=0.5A，方向向下，通过电流表的电流为
　　IA=I2+I3=1.5A，
　　方向向左.
　　错解分析该同学能够准确地算出R1与R2两端的电势差，但在判断bc两点的电势高低时出现差错，原因是对电压的概念没有正确的理解.
　　解析设a点的电势为零，沿电流方向(即电场线方向)电势是逐渐降低，电压就是电势降落，R1两端的电压Uab=20V，R2两端的电压Uac=5V，即b比a的电势降了20V，
　　=-Uab=-20V；
　　c比a的电势降了5V，
　　=-Uac=-5V，
　　当然c点的电势比b高15V，R3上的电流方向由c到b向上，大小仍为0.5A.对节
　　点c，流进R2的电流1A，流出0.5A向R3，由电荷守恒定律知，必须还有0.5A的电流向右流向电流表，正确答案选B、C.
　　点评由于本电路的其余部分情况不明，使电路结构看起来较为复杂；要求通过电流表的电流方向及大小，必须首先分析电路中的电流走向和电势高低.外电路沿电流方向电势总是降低的.假设了零电势，就使得bc点的电势有了参考，并能准确地求出它们各自的电势和电势差.另外此对于电路的任意一节点，流入的电流和流出的电流总是相等的，这是电路的一个重要规律，也是电荷守恒定律的最好案例.
　　3巧取零电势，电量计算变容易
　　案例3如图3所示的电路中，电源的电动势E=10V，内阻忽略不计.电阻的阻值分别为R1=R2=20
　　电容器的上板电势高带正电，下板电势低带负电；滑动触头P缓慢的从a点移到b点的过程中，通过导线BM的电荷量为
　　Q=C腢MN=1.6 10-4C.
　　点评本题第一问中合上电键S给电容器充电，待电路稳定后再断开S时，电容器相当于电源放电.第二问求闭合S,滑动触头P从a点移到b点的过程中，电容器先放电再反向充电，通过导线BM的电荷量应为P在a和b两位置电容器电量之和.求电容器电量的关键是判断电容器两端电势的高低.解法1中通过电压关系来判断，极易出错，一处出错，全盘皆错.解2选取了零电势，各点的电势高低、电容器两极板带电的正负，一目了然，正确率大大提高.
　　综上可见，零电势点的选择有的在无穷远，有的选择在电路的节点处，视解题方便而定，原则上可以任意选择.选择不同的位置作为零电势，电场中某点电势、电势能的数值可能不同，但两点间的电势差、电势能的变化不变，电路中的电流和电量也不变.巧妙

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