电场能的性质(讲解)

龙文教育学科导学案

教师: 肖武培学生: 年级: 日期:2013. 星期: 时段:: :00— :00

学情分析

课 题 电场能的性质电

学习目标与 考点分析 学习目标： 考点分析： 学习重点

学习方法

讲练说相结合

学习内容与过程

[知识提要]

一．静电力做功 1．静电力做功的特点

在任何静电场中，静电力对运动电荷所做的功只与始点和末点的位置有关，而与电荷运动路径无关。这一点与重力做功的情况很相似。 2．电场力做功的求法

（1） AB W = q AB U —— 适用于一切电场 （2） W = qEd ——适用于匀强电场 （3）AB W = –ΔE = A E –B E （4）电场力W +其他力W = ΔK E

二．电势能

1．定义

电荷在电场中所具有的能叫电势能，用E p 表示，单位为J 。 2．静电力做功与电势能变化的关系

静电力对电荷做正功，电荷的电势能减少，减少的电势能等于静电力所做的功；静电力对电荷做负功，电荷的电势能增加，增加的电势能等于克服静电力所做的功。 其关系可以表示为：WAB ＝－ΔE p ＝PA E －PB E

3．矢标性

电势能是标量，但有正负，其正负反映比零电势能大还是小。 4．对电势能的理解

(1)大小具有相对性，与电势能零点选取有关； (2)电势能是标量，但有正负，正负表示大小； (3)电势能是电场和电荷共同具有的。

三．电势

1．电势

(1)定义：电场中某点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用字母φ表示．电势实质上是该点与零电势点之间的电势差。 （2）表达式：q

E p =

φ

(3)单位：伏特(V)，且有1 V ＝1 J/C 。

(4)意义：电势是描述电场能的性质的物理量。电场中某一点的电势在数值上等于单位正电荷在那一点所具有的电势能。

2．电势高低的判断方法

(1)电场线法：电场线指向电势降低的方向，顺着电场线的方向电势越来越低。 （2) 由电势差的正负判断：

AB U =A ϕ–B ϕ AB U > 0 A ϕ >B ϕ AB U < 0 A ϕ

3．电势和电势能的关系

PA E ＝q A ϕ

对正电荷，电势越高，电势能越大；对负电荷，电势越高，电势能越小。

四．等势面

1．等势面

电场中电势相等的点构成的面叫做等势面。 若在平面内研究电场，相应的等势面应为等势线 2．常见的等势面

(1)点电荷电场中的等势面是以点电荷为球心的一族球面，如图甲所示。 (2)等量同号点电荷电场中的等势面，如图乙所示。

(3)等量异号点电荷电场中的等势面，如图丙所示，特别注意两点电荷连线的中垂面为一个等势面。

说明 静电力做功的特点和重力做功的特点相似，静电力做功与电势能变化的关系和重力做功与重

力势能变化的关系类似．学习时要多用类比的方法来帮助理解。由此式可以看出，电荷在某点的电势能等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。 说明（1）电势的相对性：电场中某点的电势是相对的，它的大小和零电势点的选取有关。

在物理学中，常取离场源电荷无限远处的电势为零，在实际应用中常取大地的电势为零。 （2）电势的固有性：电势φ是表示电场能的性质的物理量，电场中某点的电势φ只由电场本身决定，而与在该点是否放有电荷、所放电荷的电性及电荷量均无关。

（3）电势的标量性：电势虽然有正负，但电势是标量。正值表示该点电势高于零电势；负值表示该点电势低于零电势。

(4)匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一族平面，

如图丁所示。

(5)形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面如图戊所示(导体表面外侧的电场线跟导体表面垂直，导体是等势体，导体表面是等势面)。

3．等势面的特点

(1)在同一等势面上移动电荷时，电场力不做功。

根据

AB

W＝q

AB

U，若A、B是同一个等势面上的点，则

AB

U＝0，所以

AB

W＝0。

(2)电场线一定处处与等势面垂直。

因为沿等势面移动电荷电场力不做功，一定是力和速度(或位移)的方向垂直，而电场线的方向即是静电力的方向(或反方向)，所以电场线一定和等势面垂直。

(3)电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面．两个等势面永远不会相交。

因为如果相交，会出现两个电场方向，这是不可能的。

(4)相邻等势面电势差相等时，其间距越小电场强度越大，即等势面分布的疏密可以描述电场的强弱。

五．电势差

1．定义

电场中两点间电势的差值叫做电势差，也叫电压。

2．公式

AB

U＝

A

ϕ－

B

ϕ或

BA

U＝

B

ϕ－

A

ϕ，显然

AB

U＝－

BA

U

3．矢量性

电势差是标量，但有正负，正或负表示两点电势的高低。

BA

U> 0，

B

ϕ高于

A

ϕ。

4．电势差与电场力做功的关系

(1)公式

AB

AB

qU

W=或

q

W

U AB

AB

=

（2）说明：①由

q

W

U AB

AB

=可以看出，

AB

U在数值上等于单位正电荷由A点移到B点电场力所做

的功。②不能认为

AB

U与

AB

W成正比，与q成反比。电场中两点的电势差仅由电场本身决定。

5．电势φ与电势差

AB

U的对比

说明由此性质，可以由等势面来绘制电场线．实际中测量电势比测定场强容易，所以常用等势面研究电场，先测绘出等势面的形状和分布，再根据电场线与等势面相互垂直，绘出电场线分布，这样就知道了所研究的电场。