2021_2022学年高中物理第2章电势能与电势差第2节电势与等势面学案鲁科版选修3_1

第2节 电势与等势面

[学习目标] 1．知道电势的概念。(物理观念)2．知道等势面的概念，知道常见电场的等势面分布情况。(物理观念)3．学会阅读课本，查阅资料，了解尖端放电现象及原因。(科学思维)

一、电势

1．定义：电荷在电场中某点的电势能与电荷量的比值。 2．公式和单位：电势的定义公式：φ＝E p q ，国际单位是伏特，符号是V 。 3．相对性：电势也是相对的，常取离场源电荷无穷远处的电势为零，(或大地的电势为零)。电势可以是正值，也可以是负值，没有方向，因此是标量。

4．与电场线关系：沿电场线的方向电势逐渐降低。

二、等势面

1．定义：电场中电势相等的点构成的面。

2．性质

(1)在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。

(2)电场线与等势面一定垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。

(3)等势面密集处电场线密集，说明此处电场强度较大。

三、尖端放电

1．定义：带电荷量较多的导体，在尖端部位，场强可以大到使周围空气发生电离而引起放电的程度，这就是尖端放电。

2．应用：避雷针是利用尖端放电的原理来防止雷击的，它的作用是可以中和云层中的部分电荷，更主要的是把云层中的电荷引入地下。

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)沿一条电场线方向上的各点，电势不可能相同。

(√) (2)电场中某点的电势与E p 成正比，与q 成反比。

(×) [提示] 电场中某点电势仅与电场本身相关，与q 无关。

(3)电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功。

(×) [提示] 在等势面上移动时，力与位移垂直，故不做功。

(4)等势面上各点电势、场强均相同。

(×)

[提示] 场强是矢量，电场强度不一定相同。

(5)电场线与等势面垂直。(√)

2．(多选)每到夏季，各地纷纷进入雨季，雷雨等强对流天气频繁发生。当我们遇到雷雨天气时，一定要注意避防雷电。下列说法正确的是( )

A．不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的电器及水龙头

B．不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙，远离带电设备

C．固定电话和手提电话均可正常使用

D．在旷野，应远离树木和电线杆

ABD[表面具有突出尖端的导体，在尖端处的电荷分布密度很大，使得其周围电场很强，就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电。固定电话和手提电话的天线处有尖端，易引发尖端放电造成人体伤害，故不能使用，选项A、B、D正确，C错误。]

3．在静电场中，下列说法正确的是( )

A．电场强度为零的地方，电势一定为零；电势为零的地方，电场强度也一定为零

B．电场线密的地方，电势一定高；电场线稀的地方，电势一定低

C．电场线与等势面可以垂直，也可以不垂直

D．电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面

D[电场强度与电势间大小没有一定的关系，选项A错误；电场线密的地方，电场强度一定大，但电势不一定高，选项B错误；电场线与等势面一定垂直，选项C错误；根据“沿着电场线方向电势逐渐降低”可知，电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，选项D正确。]

电势的概念及电势高低的判断

1

(1)电势的相对性：电场中某点的电势与零电势位置的选取有关，常选取无限远处或大地的电势为零。

(2)电势的固有性：电势φ＝E p

q

是定义式，电势的高低由电场本身决定，与试探电荷的有

无、试探电荷的电性和电荷量均无关。

(3)电势是标量：正值表示该点电势高于零电势点，负值表示该点电势低于零电势点。正、负只表示大小，不表示方向。

2．电势高低的判断方法

判断角度判断方法

场源电荷正负法取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为

负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低

电场线方向法沿着电场线方向电势逐渐降低；逆着电场线方向电势逐渐升高

电势能高低法正电荷的电势能大处电势高，负电荷的电势能大处电势低

【例1】如图所示，电子在一条电场线上从a点运动到b点，电势能增加，试判定a、b两点电势的高低。

[解析]解法一：利用电场线的方向来判断。

由于电势能增加，电场力一定做负功，即电场力方向和电荷运动方向相反，由b指向a，而负电荷受电场力的方向和场强方向相反，场强方向应是由a指向b，因此电场线的方向是由a指向b。

沿着电场线的方向电势越来越低，a点电势比b点电势高。

解法二：利用电场力做功公式来判断。

由于电势能增加，电场力一定做负功，即W ab为负值，而q是负电荷，即q为负值。

由W ab＝q(φa－φb)，得φa－φb＞0，故φa＞φb。

解法三：利用电势能判断。

正电荷在电势越高的地方电势能越大，负电荷在电势越高的地方电势能越小，而本题已知条件是负电荷在a点电势能较低，故a点电势高。

[答案]a点电势比b点电势高

[跟进训练]

1．有一电场的电场线如图所示，电场中A、B两点电场强度的大小和电势分别用E A、E B 和φA、φB表示，则( )

A．E A>E B，φA>φB

B．E A>E B，φA<φB

C．E A<E B，φA>φB

D．E A<E B，φA<φB

D[由电场线的疏密可知E A<E B，根据沿电场线电势降低可知φA<φB，故D正确。]

等势面的理解及应用

1

(1)在同一等势面上任意两点间移动电荷，电场力不做功。