重 力 场 与 静 电 场 特 点 的 比 较

重力场与静电场特点的比较_百度文库
2010年3月13日 ... 重重力场和静电场都属于保守力场, : 力做功会即重引起重力势能的变化, 场力做功会引起电势电能的变化, 重力或电场力做功都与路径无关, 且与零势面选择 ...
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维普资讯 http://www.cqvip.com 物理 实 验 ( 学 部 分) 第 2 中 4卷 第 2期 4 1 重 力 场 与 静 电 场 特 点 的 比 较 陈 述 ( 吉林 省 实验 中 学 吉 林 长春 1 0 2 ) 3 0 2 " " 一 种 客 观 存 在 的 物 质 , 由于 " " 场 是 但 场 具有 不易 直接 感受 的特殊 存在 形态 , 同学 们 对 只需 要 在 该 位 置 处 引 入 一 个 质 量 为 的 物 体 , 测 得 其 质 量 和 它 在 该 位 置 处 所 受 重 力 大 小 G. 根 据 g 一G/ 即 可 求 得 , 种 方 法 称 为 试 m 这 " " 场 的物 质 性 的 理 解 不 够 深 刻 , 决 " " 相 解 场 的关 问 题 时 也 感 到 棘 手 . 笔 者 就 高 中 阶段 最典 型 的 两 种 场 —— " 力 场 " " 电 场 " 重 和 静 的力 学 性 质 探 法 , 入 的 物 体 起 到 " 探 " " 知 " 力 引 试 和 感 重加 速 度 g 的作 用 . 如 图 2所 示 , 孤 立 的 设 与能 量 特 点 进 行 比 较 , 同 学 们 对 " " 概 念 使 场 的有 更 深 刻 的认 识 . 负 点 电 荷 电 量 为 一Q, 位 A 置 到 一Q 的 距 离 为 r ,由库 仑定 律可知 , 当 位 置 处 引 r— _ 图2 约 定 : 略 地 球 自转 影 响 , 似 认 为 重 力 等 忽 近于万 有 引 力 . 1 重 力 场 与 静 电场 力 的 性 质 比较 1 1 重 力 加 速 度 g 和 电 场 强 度 E 在 表 征 场 的 . 入 电量 为 +g的 试 探 电 荷 时 , 探 电荷 所 受 库 试仑 力 大 小 为 F 库一 是 ~ q 2 — gE ^ 力 学 性 质 方 面是 等 效 的 如 图 1所 示 , 地 球 质 量 为 , 位 置 到 设 地 』 的 距 离 为 r 由 万 有 引 L - , 位 置 处 电场 强 度 为 E 一 力定律可知, A位置处引入 质 量 为 的 物 体 时 , 体 所 物受 万 有 引 力 大 小 为 F—G一 7—7' 图1 即对 于 孤 立 点 电荷 形 成 的 电 场 中某 一 位 置 处 的 电 场 强 度 的 大 小 由 场 源 电 荷 的 电 量 Q 和 该 位 置 距 离 场 源 电荷 距 离 r共 同 决 定 , 该 位 与一 g 置 处 引入 的试 探 电荷 的 电量 无 关 . 由于 引 入 的 试 探 电 荷 的 电 性 不 同 , 致 异 性 电 荷 在 同 一 位 导 位 置 处 重 力 加 速 度 为 g G M - = 置 处 所 受 电 场 力 方 向相 反 , 了使 场 强 的 方 向 为得 到 统 一 , 为 规 定 正 电荷 受 力 方 向 为 电 场 强 人 度 方 向. 电场 中 不 同位 置 处 的 电 场 强 度 不 同 , 同 一 即对 于 重 力 场 中某 一 位 置 处 的重 力 加 速 度 的 大 小 由地 球 质 量 M 和 该 位 置 到 地 心 的距 离 r 试 探 电荷 在 不 同位 置 处 所 受 的 电 场 力 不 同 , 决 定 , 该 位 置 处 所 放 物 体 的 质 量 无 关 , 与 且 方 向确 定 , 向地 心 .重 力 场 中 不 同 位 置 处 的 g 指 电场 强 度 E 是 反 映 电场 力 学 性 质 的物 理 量 .试 探 电 荷 起 到 " 探 " " 知 " 场 强 度 E 的 作 试 和 感 电 不 同, 同一 质 量 的 物 体 处在 不 同位 置 时所 受 重 力 不 同 , 力 加 速 度 g是 反 映 重 力 场 力 学 性 重 用 , 根 据 E =F/ 可 q定 义 电场 强 度 的 大 小 . 通 过 以 上 分 析 , 以发 现 , 力 场 和 孤 立 负 可 重 点 电荷 产 生 的 电场 具 有 力 学 性 质 上 的 相 似 性 , 如 表 1所 示 . 质 的 物 理 量 . 测 定 重 力 场 中某 位 置 的 重 力 加 速 度 g, 不必 测 出 地 球 质 量 M 和 到 地 心 的距 离 r , 维普资讯 http://www.cqvip.com 4 2 物理 实 验 ( 学 部分 ) 第 2 中 4卷 第 2期 表 1 重 力 场 和 孤 立 负 点 电 荷 产 生 的 电 场 力 学 性 质 比 较 重 力场 F : G r 电荷 ; 果 是 负点 电 荷 产 生 的 电场 , 如 电场 强 度 方 向则 指 向 场 源 电荷 . 1 3 匀 强 电 场 与 近 地 面 重 力 场 具 有 相 似 性 . 孤 立 点 电荷 产 生 的 电场 F一是 r 通 过 以 上 讨 论 可 以 发 现 , ,与 地 球 半 径 当 . 相 比较 大 时 , 力 场 和 孤 立 点 电荷 产 生 的 电 场 重 一 G 婴 G E a= r 有 相 似 性 . 在 一 般 情 况 下 , 们 研 究 问题 时 所 但 我 E a= . . F — — g 接 触 的 重 力 场 往 往 是 近 地 面 重 力 场 , 地 面 重 近 力 场 的 力 学 性 质 和 匀 强 电场 具 有 相 似 性 , 具 其 体 体 现 为 : 地 面 重 力 场 的 重 力 加 速 度 g 是 定 近 1 2 孤 立 的 点 电 荷 产 生 的 电 场 比 重 力 场 复 杂 . 由表 1可 知 , 立 点 电 荷 产 生 的 电 场 比重 孤力场复杂 , 现 在 : 表 值 , 强 电 场 的 电场 强 度 E 是 定 值 . 匀 2 重 力 场 与 静 电场 功 能 关 系的 比较 2 1 重 力 场 中 的 高 度 差 和 静 电 场 中 的 电 势 差 . 在 描 述 场 的 功 能 性 质 方 面 是 等 效 的 1 Q 的不 确 定 性 ) 重力 场 中 的地球 质量 M 是 一定 的, 此 , 因 重 力 场 中 的 某 位 置 ,处 的 重 力 加 速 度 大 小 确 . 定 . 而 孤 立 点 电 荷 的 电量 Q 可 以 不 同 , 电荷 点 产 生 的 电场 中 的 某 位 置 ,处 的 电 场 强 度 的大 小 . 与 点 电荷 的 电 量 Q 成 正 比. 2 Q 有 正 负 电 荷 之 分 ) 重 力 场 中某 位 置 ,处 的 重 力 加 速 度方 向 始 . 终 指 向地 心 . 而 孤 立 的 点 电荷 产 生 的 电 场 强 度 的 方 向不 一 定 指 向点 电荷 , 是 由 Q 的 电性 决 这 定 的 . 果 是 正 点 电 荷 产 生 的 电 场 , 据 电场 强 如 根 度 的 方 向 的规 定 可 知 , 电场 强 度 方 向 背 离 场 源 重 力 场 和 静 电 场 在 功 能 关 系 上 具 有 相 似 性 , 力 场 中 的高 度 相 当于 静 电场 中 的 电 势 . 重 重 力 场 和 静 电 场 都 属 于保 守 力 场 , : 力 做 功 会 即 重 引 起 重 力 势 能 的 变 化 , 场 力 做 功 会 引 起 电 势 电能 的 变 化 , 重 力 或 电场 力 做功 都 与 路 径 无 关 , 且 与 零 势 面 选 择 无 关 , 与初 末 位 置 有 关 . 守 力 只 保 场 在 功 能 关 系 方 面 都具 有 相 似 性 . 重 力场 和 静 电场 功 能 关 系 比较 如 表 2所 示 . 表 2 重 力 场 与 静 电 场 功 能 关 系 比 较 场 类 别 场 力 做 功 特 点 场 力 做 功 与 势 能 变 化 关 系 重力 做正 功 , 力势 能减 少 ; 重 重力 做 负功 , 力势 能增 加 ; 重 重 力 场 与 路 径 无 关 , 零 势 面 选 择 无 关 , 与 初 末 位 置 重 力 做 的 功 等 于 重 力 势 能 变 化 的 量 , 与 只 即 的高 度差 有关 W = 一 △ p 一 ( 2 重 E一 Ep一Ep) 1 = 一 ( mgh — mg ) z h1 一 mg(l - h ) mg 2 ,1 z一 h1 电场力 做 正功 , 势 能减少 ; 电 与 路 径 无 关 , 零 势 面 选 择 无 关 , 与 初 末 位 置 电 场 力 做 负 功 , 势 能 增 加 ; 与 只 电 静 电 场 的 电 势 差 有 关 电场力 的 功等 于 电势 能变 化的量 , 即 自= 一 AEP 一 ( 2 Ep) 一 Ep一 1 一 一 ( 一 g ) g( 一 讫 ) g 2 g = = 2 2 静 电 场 的 功 能 关 系比 重 力场 的 功 能 关 系 . 方 具 有 的重 力 势 能 越 大 . 静 电 场 中 , 电 荷 在 在 正 复 杂 电 势 越 高 的 地 方 电势 能 越 大 , 负 电 荷 在 电 势 而越 高 的 地 方 电 势 能 反 而 越 小 , 正 电 荷 遵 循 的 与 规 律恰 好 相 反 . ( 0 3 0 — 8收 稿 ) 2 0 —70 静 电场 的 功 能 关 系 比 重 力 场 的功 能 关 系复 杂 , 要 表 现 在 电荷 的 电 性 有 正 负 之 分 . 主 在重 力 场 中 , 一 物 体 在 距 离 零 势 能 面 高 度 越 高 的地 同