什么是電勢(shì)

　　靜電場(chǎng)的標(biāo)勢(shì)稱為電勢(shì)，或稱為靜電勢(shì)。在電場(chǎng)中，某點(diǎn)電荷的電勢(shì)能跟它所帶的電荷量（與正負(fù)有關(guān)，計(jì)算時(shí)將電勢(shì)能和電荷的正負(fù)都帶入即可判斷該點(diǎn)電勢(shì)大小及正負(fù)）之比，叫做這點(diǎn)的電勢(shì)（也可稱電位），通常用φ來(lái)表示。電勢(shì)是從能量角度上描述電場(chǎng)的物理量。（電場(chǎng)強(qiáng)度則是從力的角度描述電場(chǎng)）。電勢(shì)差能在閉合電路中產(chǎn)生電流（當(dāng)電勢(shì)差相當(dāng)大時(shí)，空氣等絕緣體也會(huì)變?yōu)閷?dǎo)體）。電勢(shì)也被稱為電位。

　　電勢(shì)的計(jì)算公式

　　1、電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷的電勢(shì)能跟它的電量的比值，叫做這點(diǎn)電勢(shì)

　　U=E/q

　　其中U表示電勢(shì)，E表示電勢(shì)能，q表示電荷量。

　　2、電勢(shì)能E=W=Uq

　　電勢(shì)差的公式Uab＝φa－φb

　　電勢(shì)的應(yīng)用領(lǐng)域

　　超導(dǎo)結(jié)和耦合超導(dǎo)結(jié)：

　　（1）熱噪聲在超導(dǎo)結(jié)中引起的靜電勢(shì)的多次增加和多次減少：研究人員研究了在過(guò)阻尼和欠阻尼兩種情況下、在考慮了熱噪聲和有交流信號(hào)和直流信號(hào)同時(shí)輸入的情況下的超導(dǎo)結(jié)兩端的靜電勢(shì)。研究表明，隨著溫度的增加（熱噪聲的強(qiáng)度和溫度成正比），靜電勢(shì)會(huì)多次被增加和多次被減小（靜電勢(shì)多次被增加的峰值對(duì)應(yīng)于靜電勢(shì)的共振激活現(xiàn)象）。另外，超導(dǎo)結(jié)兩端的靜電勢(shì)還表現(xiàn)出（噪聲引起的）熱噪聲加強(qiáng)穩(wěn)定的現(xiàn)象。

　　（2）耦合超導(dǎo)結(jié)系統(tǒng)（或器件）中時(shí)空噪聲的出現(xiàn)和其對(duì)輸運(yùn)的影響：在該研究中，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了時(shí)空噪聲可能出現(xiàn)在耦合超導(dǎo)結(jié)系統(tǒng)（一個(gè)超導(dǎo)量子干涉器件）中，并且時(shí)空噪聲與電子對(duì)的波函數(shù)的相差的關(guān)聯(lián)所引起的系統(tǒng)的對(duì)稱破缺能夠引起輸運(yùn)。通過(guò)對(duì)兩個(gè)模型（一個(gè)高斯噪聲模型和一個(gè)電報(bào)噪聲模型）的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)在所研究的耦合超導(dǎo)結(jié)系統(tǒng)中幾率流總是負(fù)的并且隨著熱噪聲強(qiáng)度的增加而會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“井”。根據(jù)研究人員的研究結(jié)果，研究人員可以控制噪聲使幾率流處于有利于科研人員的實(shí)驗(yàn)要求的狀態(tài)。比如，如果研究人員希望在實(shí)驗(yàn)中得到較大的負(fù)幾率流時(shí)，研究人員可以采取下面的兩個(gè)措施：a）。在一定的環(huán)境擾動(dòng)下，我們可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整溫度使負(fù)幾率流處于上面所提到的“井”的附近（熱噪聲的強(qiáng)度與溫度成正比）以便于得到有利于我們實(shí)驗(yàn)要求的結(jié)果；b）。在一定的溫度下，研究人員們應(yīng)當(dāng)采取一定的措施來(lái)調(diào)節(jié)環(huán)境擾動(dòng)以便使負(fù)幾率流的絕對(duì)值盡可能地大。

　　（3）一個(gè)熱-慣性“ratchet”超導(dǎo)量子干涉器件（耦合超導(dǎo)結(jié)）中的混沌噪聲輸運(yùn)：研究了一個(gè)熱-慣性“ratchets”超導(dǎo)量子干涉器件中在有周期信號(hào)的輸入的情況下的混沌噪聲輸運(yùn)。研究表明，通過(guò)控制溫度和外部輸入信號(hào)的強(qiáng)度，研究人員可以使輸運(yùn)的方向反號(hào)。當(dāng)溫度足夠低時(shí)，研究人員很容易得到混沌輸運(yùn)；但當(dāng)溫度足夠高時(shí)，輸運(yùn)主要是熱噪聲輸運(yùn)。

　　（4）環(huán)境擾動(dòng)下的耦合超導(dǎo)結(jié)：研究人員在考慮了內(nèi)部熱漲落和外部環(huán)境擾動(dòng)的情況下研究了一個(gè)SQUID［超導(dǎo)量子干涉器件（耦合超導(dǎo)結(jié)）］，發(fā)現(xiàn)外部環(huán)境的擾動(dòng)可在SQUID中引起輸運(yùn)，通過(guò)控制內(nèi)部熱漲落和外部環(huán)境的擾動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)可使靜電勢(shì)反號(hào)；并發(fā)現(xiàn)隨著系統(tǒng)內(nèi)部溫度的增加，電流—電壓特性越來(lái)越接近于正常狀態(tài)下的歐姆定律。

　　（5）熱漲落和環(huán)境擾動(dòng)的關(guān)聯(lián)可在單個(gè)超導(dǎo)結(jié)中引起的靜電勢(shì)：它們卻在國(guó)際上激起了大量科研工作者的研究興趣。在相關(guān)論文中研究人員研究了外部環(huán)境的擾動(dòng)所引起的噪聲與內(nèi)部熱漲落的關(guān)聯(lián)在超導(dǎo)結(jié)中所引起的靜電勢(shì)。研究表明，系統(tǒng)內(nèi)部的熱漲落和外部環(huán)境的擾動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)可以引起對(duì)稱破缺，從而在超導(dǎo)結(jié)中引起靜電勢(shì)。

　　判斷電勢(shì)高低的方法

　　1、根據(jù)電場(chǎng)線的方向判斷

　　沿著電場(chǎng)線的方向，電勢(shì)越來(lái)越低，也可以說(shuō)電場(chǎng)線總是由電勢(shì)較高的等勢(shì)面指向電勢(shì)較低的等勢(shì)面。

　　2、根據(jù)電場(chǎng)力做功判斷

　　正電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生位移，若電場(chǎng)力做正功，則說(shuō)明正電荷由高電勢(shì)處向低電勢(shì)處運(yùn)動(dòng);若電場(chǎng)力做負(fù)功時(shí)，正電荷由低電勢(shì)處向高電勢(shì)處運(yùn)動(dòng)。

　　負(fù)電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生位移，若電場(chǎng)力做正功，則說(shuō)明負(fù)電荷由低電勢(shì)處向高電勢(shì)處運(yùn)動(dòng);若電場(chǎng)力做負(fù)功，則說(shuō)明負(fù)電荷由高電勢(shì)處向低電勢(shì)處移動(dòng)。

　　3、根據(jù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的場(chǎng)源電荷的電性判斷

　　若以無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)位置，則在正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中，電勢(shì)永遠(yuǎn)為正值，離點(diǎn)電荷越遠(yuǎn)的地方，電勢(shì)越低;在負(fù)點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中，電勢(shì)永遠(yuǎn)為負(fù)值，離點(diǎn)電荷越近的地方，電勢(shì)越低。

　　4、利用電勢(shì)能判斷

　　正電荷在電勢(shì)越高的地方電勢(shì)能越大，在電勢(shì)越低的地方電勢(shì)能越小;負(fù)電荷在電勢(shì)越低的地方電勢(shì)能越大，在電勢(shì)越高的地方電勢(shì)能越小。

　　5、利用電勢(shì)的定義式判斷

　　利用公式q=EP/q計(jì)算時(shí)，將EP、q的正負(fù)號(hào)--起代人，通過(guò)的正負(fù)，比較該點(diǎn)和零電勢(shì)位置間電勢(shì)的相對(duì)高低。

　　6、利用電勢(shì)差的兩個(gè)表達(dá)式判斷

　　如圖1所示，電子在一條電場(chǎng)線上從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，電勢(shì)能增加，試判斷A、B兩點(diǎn)電勢(shì)的高低。

　　判斷方法一：根據(jù)電場(chǎng)線方向來(lái)判斷由于電勢(shì)能增加，電場(chǎng)力一定做負(fù)功，即電場(chǎng)力方向和電荷運(yùn)動(dòng)的方向相反，電場(chǎng)力由B指向A，負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力方向和場(chǎng)強(qiáng)方向相反，即可知場(chǎng)強(qiáng)方向由A指向B，因此，電場(chǎng)線的方向是由A指向B。因?yàn)檠刂妶?chǎng)線的方向電勢(shì)越來(lái)越低，所以A點(diǎn)的電勢(shì)高于B點(diǎn)。

　　判斷方法二：利用電勢(shì)能判斷負(fù)電荷在電勢(shì)越低的地方，電勢(shì)能越大，所以A點(diǎn)的電勢(shì)低，即：

　　例2.如圖2所示，在負(fù)點(diǎn)電荷Q形成的電場(chǎng)中，有a.b.c三點(diǎn)，已知它們到點(diǎn)電荷Q的距離關(guān)系為rggQ.且Ua=Uu，則可知（）

　　A.C點(diǎn)的電勢(shì)高于a點(diǎn)的電勢(shì)

　　B.a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)比b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大

　　C.同-負(fù)電荷放在c點(diǎn)比放在a點(diǎn)的電勢(shì)能大

　　D.同一負(fù)電荷由a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)，比由b點(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn)電場(chǎng)力做功多

　　解析：由孤立負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線和等勢(shì)面的分布，可知選項(xiàng)

　　A、B均正確;因?yàn)橥回?fù)電荷在電勢(shì)低處電勢(shì)能大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤：由于Ua=Uw，根據(jù)W=qU可知W.=Wse，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。所以，本題的正確答案為AB。