高中物理 第2章 電勢能與電勢差 第1節(jié) 電場力做功與電勢能 關(guān)于電勢零點選擇素材 魯科版選修3-1（通用）

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1、關(guān)于電勢零點選擇的幾個問題 在電場確定的情況下，空間各點電勢的描述與零點的選擇密切相關(guān)．本文就零電勢選擇的幾個問題作深入一步的分析，愿與同行共討論，并澄清一些模糊認識． 一、為什么零電勢選擇是任意的? 從物理學上講，電勢是一個相對量，孤立地談某點電勢的高低和正負是沒有意義的．參考點不同，各點的電勢也不同，但參考點的變化，雖然要影響各點的電勢，卻并不改變電場，不改變電場中兩點的電勢差．如同高度這類物理量一樣，只有相對于確定的參考點，它才有確定的物理意義，選不同的參考點，高度值不同，但兩點間的高度差是不變的．正因為不同的電勢可以描述同一電場，所以電場中允許零電勢點選擇具有任意性．

2、 二、為什么常選擇Ｕ∞＝0？ 不難想象，在幾乎一切實際靜電場問題中，盡管帶電體系的電量不同，分布各異，但電量和分布范圍均有限，因此，根據(jù)問題所要求的精度，在離帶電體足夠遠(在物理上)而稱為無窮遠點的廣大空間是具有零場強和恒定電勢的位置．盡管實際靜電場問題的具體條件不同，但都存在著具有上述性質(zhì)的“無窮遠點”，這是共同的普遍的特點，把它選作參考點，?。铡蓿?既普遍適用又方便自然．其外，既然電勢與參考點選擇有關(guān)，就可通過適當選擇參考點來使問題簡化，由普通物理知識可知，若把參考點選在無窮遠處，點電荷激發(fā)的電場中各點的電勢表達式最簡單，若參考點不選無窮遠處，電勢表達式要復雜一些，這就是通常選Ｕ

3、∞＝0的原因． 三、為什么選擇Ｕ地＝0和Ｕ∞＝0是一致的? 在工程技術(shù)上常常把電器外殼接地，并?。盏兀?．接地的目的何在?選取Ｕ地＝0的根據(jù)是什么?它和Ｕ∞是否一致?為簡單起見，下面的討論假設(shè)地球是一個導體球，表面不帶電，不存在電場． 如圖1所示，Ａ是帶電體，Ｂ是接地導體，原先不帶電，把Ｂ和地球連成一個大導體，Ｂ附近的地面稱近端，地球的另一側(cè)稱為遠端．由于靜電感應(yīng)，平衡時Ｂ靠近Ａ的一端有感應(yīng)電荷，同時地球遠離Ａ、Ｂ的彼端(即遠端)有等量異號電荷．由于地球的線度遠大于Ａ、Ｂ的線度，地球遠端相對Ａ、Ｂ而言可看成極大的平面，分布在遠端的感應(yīng)電荷的面密度與Ａ、Ｂ上相比是極小的，所以地

4、球遠端表面外附近的場強遠小于Ａ、Ｂ表面外附近的場強．從地球遠端表面處一直伸展到無窮遠的電勢分布與Ａ、Ｂ表面處伸展到無窮遠的電勢分布相比也是極小的．因而在研究Ａ、Ｂ附近靜電場的電勢分布時，忽略Ｕ地和Ｕ∞的差別，近似地?。盏兀剑铡蓿?是允許的、合理的，同時不同地方的電器接地有利于進行各點電勢的比較，這就是電器接地的目的． 圖1 四、任何情況下都可以選無窮遠處的電勢為零嗎? 如果對某些理想化問題，如電荷分布到無窮遠處，再?。铡蓿?就不合理了．例如一均勻帶正電的無窮大平面，為了討它周圍的電勢分布，可在帶電平面外附近任取一點，如果把單位正電荷從該點沿平面的法線方向移到無窮遠時，電場對單位正電荷做功為無窮大，因此該點的電勢為無窮大；但如果把單位正電荷沿平面的切線方向移到無窮遠時，電場對單位正電荷做功為零，于是該點電勢又為零，出現(xiàn)了矛盾．這是取Ｕ∞＝0帶來的后果．因此，對這類理想化問題，不可以再選無窮遠處為電勢零點．原則上講，除“無窮遠”處外，其它地方都可選為零電勢點．