高二物理电势能和电势

第4节电势能和电势

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要点一判断电势高低的方法

电场具有力的性质和能的性质，描述电场的物理量有电势、电势能、静电力、静电力做功等，为了更好地描述电场，还有电场线、等势面等概念，可以从多个角度判断电势高低．1．在正电荷产生的电场中，离电荷越近电势越高，在负电荷产生的电场中，离电荷越近，电势越低．

2．电势的正负．若以无穷远处电势为零，则正点电荷周围各点电势为正，负点电荷周围各点电势为负．

3．利用电场线判断电势高低．沿电场线的方向电势越来越低．

4．根据只在静电力作用下电荷的移动情况来判断．只在静电力作用下，电荷由静止开始移动，正电荷总是由电势高的点移向电势低的点；负电荷总是由电势低的点移向电势高的点．但它们都是由电势能高的点移向电势能低的点．

要点二理解等势面及其与电场线的关系

1．电场线总是与等势面垂直的(因为如果电场线与等势面不垂直，电场在等势面上就有分量，在等势面上移动电荷，静电力就会做功)，因此，电荷沿电场线移动，静电力必定做功，而电荷沿等势面移动，静电力必定不做功．

2．在同一电场中，等差等势面的疏密也反映了电场的强弱，等势面密处，电场线密，电场也强，反之则弱．

3．已知等势面，可以画出电场线；已知电场线，也可以画出等势面．

4．电场线反映了电场的分布情况，它是一簇带箭头的不闭合的有向曲线，而等势面是一系列的电势相等的点构成的面，可以是封闭的，也可以是不封闭的．

要点三等势面的特点和应用

1．特点

(1)在同一等势面内任意两点间移动电荷时，静电力不做功．

(2)在空间没有电荷的地方两等势面不相交．

(3)电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面．

(4)在电场线密集的地方，等差等势面密集．在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏．

(5)等势面是虚拟的，为描述电场的性质而假想的面．

2．应用

(1)由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差别．

(2)由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功的情况．

(3)由于等势面和电场线垂直，已知等势面的形状分布，可以绘制电场线，从而确定电场大体分布．

(4)由等差等势面的疏密，可以定性地确定某点场强的大小.

1.重力做功和静电力做功的异同点如何？

重力做功静电力做功

相似点重力对物体做正功，物体重力势能减少，

重力对物体做负功，物体重力势能增

加．其数值与路径无关，只与始末位置

有关

静电力对电荷做正功，电荷电势能减少，

静电力对电荷做负功，电荷电势能增

加．其数值与路径无关，只与始末位置

有关

不同点重力只有引力，正、负功比较容易判由于存在两种电荷，静电力做功和重力

断．例如，物体上升，重力做负功做功有很大差异．例如：在同一电场中

沿同一方向移动正电荷与移动负电荷，

电荷电势能的变化是相反的，静电力做

功的正负也是相反的

应用由重力做功的特点引入重力势能由静电力做功的特点引入了电势能

2.电势和电势能的区别和联系是什么？

电势φ电势能E p

物理

意义

反映电场的能的性质的物理量，即已

知电势就可以知道任意电荷在该点的

电势能

电荷在电场中某点所具有的能量

相关

因素

电场中某一点的电势φ的大小，只跟

电场本身有关，跟检验电荷q无关

电势能大小是由点电荷q和该点电势

φ共同决定的

大小

正负

电势沿电场线逐渐下降，取定零电势

点后，某点的电势高于零者，为正值；

某点的电势低于零者，为负值

正点电荷(＋q)：电势能的正负跟电势

的正负相同．负点电荷(－q)：电势能

的正负跟电势的正负相反单位伏特V焦耳J

联系φ＝

E p

q

E p＝qφ

(1)点电荷电场：等势面是以点电荷为球心的一簇球面，越向外越稀疏，如图1－4－5所示．

图1－4－5

(2)等量异种点电荷的电场：是两簇对称曲面，两点电荷连线的中垂面是一个等势面．如图1－4－6所示．在从正电荷到负电荷的连线上电势逐渐降低，φA>φA′；在中垂线上φB＝φB′.

图1－4－6

(3)等量同种点电荷的电场：是两簇对称曲面，如图1－4－7所示，在AA′线上O点电势最低；在中垂线上O点电势最高，向两侧电势逐渐降低，A、A′和B、B′对称等势．

图1－4－7

(4)匀强电场：等势面是与电场线垂直、间隔相等、相互平行的一簇平面，如图1－4－8所示．

图1－4－8

一、电势能

【例1】下列关于电荷的电势能的说法正确的是()

A．电荷在电场强度大的地方，电势能一定大

B．电荷在电场强度为零的地方，电势能一定为零

C．只在静电力的作用下，电荷的电势能一定减少

D．只在静电力的作用下，电荷的电势能可能增加，也可能减少

答案 D

解析电荷的电势能与电场强度无直接关系，A、B错误；如果电荷的初速度为零，电荷只在静电力的作用下，做加速运动，电荷的电势能转化为动能，电势能减少，但如果电荷的初速度不为零，电荷可能在静电力的作用下，先做减速运动，这样静电力对电荷做负功，电荷的动能转化为电势能，电势能增加，所以C错误，D正确．

二、判断电势的高低

【例2】在静电场中，把一个电荷量为q＝2.0×10－5 C的负电荷由M点移到N点，静电力做功6.0×10－4 J，由N点移到P点，静电力做负功1.0×10－3 J，则M、N、P三点电势高低关系是________．

答案φN>φM>φP

解析首先画一条电场线,如上图所示.在中间位置附近画一点作为M点.因为由M→N静电力做正功,而负电荷所受静电力与场强方向相反，则可确定N点在M点左侧．由N→P静电力做负功，即沿着电场线移动，又因1.0×10－3 J>6.0×10－4 J，所以肯定移过了M点，即P点位于M点右侧．这样，M、N、P三点电势的高低关系是φN>φM>φP.

1.有一电场的电场线如图1－4－9所示，

图1－4－9

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()