1、第2章 电势能与电势差第 2 节 电势与等势面第2章 电势能与电势差 1.知道电势的概念 2.知道等势面的概念，知道常见电场的等势面分布情况 3.了解尖端放电现象及原因一、电势1定义：电荷在电场中某点的_跟_的比值，叫做该点的电势2公式：_3物理意义：电势是描述_的性质的物理量电势能电荷量电场能Epq4单位：国际单位制中，电势的单位是_，符号为 V，1 V1 J/C5相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的_的位置有关，一般情况下取_或_为零电势位置6矢标性：电势是标量，只有大小，没有_，但有_伏特参考点地球无穷远处方向正、负1(1)由公式 Epq 可知，电势与电势能成正比，与电量成反比()(
2、2)在电势高的地方，电势能大()(3)电势有正、负，所以是个矢量()二、等势面1电场中_的点构成的面叫做等势面2电荷在任一等势面上移动时，电场力都不会_电势相等做功3几种常见电场的等势面电场等势面的特点图示 点电荷的电场等势面是一系列以_为球心的球面，如图中虚线所示 等量异种电荷的电场左右对称，过两点电荷连线中点的中垂面是一个_，如图中虚线所示 点电荷等势面电场等势面的特点图示 等量同种电荷的电场左右对称，以正电荷为例，如图中虚线所示匀强电场等势面是与电场线垂直的、间距_且相互平行的一簇平面，如图中虚线所示相等2(1)电场线与等势面不一定垂直()(2)同一电荷在同一等势面上的不同位置，电势能不
3、变()(3)在等势面上移动电荷时，电场力不做功()三、尖端放电1定义：带电较多的导体，在_部位，场强可以大到使周围的空气发生_而引起_的程度，这就是尖端放电现象2应用：避雷针就是应用_的原理来防止雷击造成危害的，它所放出的电荷就可以_云层中的部分电荷，更主要的是云层中的大量_可以通过避雷针直接引入地下，从而达到保护建筑物的目的尖端电离放电尖端放电中和电荷在燃气灶和燃气热水器中，常常安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体我们看到，燃气灶中电子点火器的放电电极做成了针形，这是为什么？为此相反，验电器的金属杆上端却固定一个金属球而不做成针尖状，这又是为什么？提示：电
4、子点火器的放电电极做成针形是利用了尖端放电原理因为尖端电荷容易聚集，针尖状的放电电极电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，极易发生尖端放电产生电火花，从而点燃气体，故燃气灶的电子点火器的放电电极做成针尖形比球形好验电器的金属杆上固定一个金属球是为了让电荷聚集在下端的金属箔片上，以检验电荷的存在 电势特点及电势高低的判断方法1电势的相对性：电场中某点的电势跟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 Epq 是定义式，的大小由电场本身决定，与试探电荷、电荷的电性、电荷量均无关3电势是标量：一般选无穷远处或大地处电势为零正值表示该点电势高于零电势，负值表示该点电势低于零
5、电势正、负只表示大小，不表示方向4电势高低的判断方法(1)电场线法：沿电场线方向，电势越来越低(2)电势能判断法：由 Epq 知，对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高；对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高命题视角 1 电势的特点(多选)关于电势，下列说法正确的是()A电场中某点的电势，其大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时电场力所做的功B电场中某点的电势与零电势点的选取有关C由于电势是相对的，所以无法比较电场中两点的电势高低D电势是描述电场能的性质的物理量解析 由电势的定义可知选项 A 正确；由于电势是相对的，电势的大小与零电势点的选取有关，故选项 B 正确；虽然电势是相对的，
6、但电势的高低是绝对的，因此选项 C 错误；电势与电势能相联系，它是描述电场能的性质的物理量，故选项 D 正确 答案 ABD命题视角 2 电势高低的判断 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 两点电势的高低思路点拨(1)研究对象电子带负电(2)“电势能增加”，说明运动过程电场力方向与运动方向相反 解析 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.顺着电场线的方向电势越来越低，a 点电
7、势比 b 点电势高 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 Wab 为负值，而 q 是负电荷，即 q 为负值 由 Wabq(ab)，得 ab0，故 ab.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 点电势高，b 点电势低命题视角 3 电势的计算 如果把 q1.0108 C 的电荷从无穷远移到电场中的 A点，需要克服电场力做功 W1.2104 J，那么：(1)q 在 A 点的电势能和 A 点的电势各是多少？(2)在 q 未移入电场前 A 点的电势是多
8、少？思路点拨 解此题按以下思路：分析做功 求解电势能 利用Epq 求电势解析(1)电场力做负功，电势能增加，无穷远处的电势为零，电荷在无穷远处的电势能也为零，因为 WEpAE 所以 EpAW1.2104 J AEpAq 1.21041.0108 V1.2104 V.(2)A 点的电势是由电场本身决定的，跟 A 点是否有电荷存在无关，所以在 q 未移入电场前，A 点的电势仍为 1.2104 V.答案(1)1.2104 J 1.2104 V(2)1.2104 V对电势的理解要注意的几点问题(1)电势是描述电场能的性质的物理量，具有相对性(2)电势高低的判断方法有多种，电场线法是一种较简单较直观的方
9、法(3)定义式 Epq 可判断电势大小，但 与 Ep及 q 无关 题组过关1在静电场中，下列关于场强和电势的说法正确的是()A电场强度大的地方电势一定高B电势为零的地方场强也一定为零C场强为零的地方电势也一定为零D场强大小相同的点电势不一定相同解析：选 D电场强度和电势没有必然联系，场强大的地方电势不一定高，电势高处的电场强度也不一定大，故选项 D 正确2(2018湖南十校联考)如图所示，P、Q 是两个电荷量相等的异种电荷，在其电场中有 A、B、C 三点在一条直线上，平行于P、Q 的连线，B 在 P、Q 连线的中垂线上，ABBC，下列说法正确的是()A电势：ABCB电势：ACBC电场强度：EA
10、EBECD电场强度：EBEAEC解析：选 A根据等量异种电荷电场线分布特点知，A、C 两点对称，电场强度大小相等，又 A、C 两点处的电场线分布比 B点处的密，故 A、C 两点处的电场强度大于 B 点处的电场强度，又沿着电场线方向电势逐渐降低，故选项 A 正确，其他选项错误3(2018湛江一中模拟)将一个电荷量为 1.0108 C的负电荷，从无穷远处移到电场中的 A 点，克服电场力做功 2.0108 J，现将该电荷从 A 点移到 B 点，电场力做功 1.0108 J试求电场中 A、B 两点的电势(取无穷远处为零电势点)解析：因从无穷远处移到 A 点，电场力做负功，故 A 点的电势能 EpA2.
11、0108 J 由电势定义式知 AEpAq 2 V 又 EpAEpB1.0108 J 故 B 点的电势能 EpB1.0108 J，则 BEpBq 1 V.答案：2 V 1 V 等势面的理解1等势面的特点(1)在等势面内任意两点间移动电荷，电场力不做功(2)在空间中两等势面不相交(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)等势面是为描述电场的性质而假想的面2电场线与等势面的比较电场线等势面 物理意义形象描述电场强度的分布形象描述电场中各点电势的分布 来源始于正电荷(或无穷远处)，终止于负电荷
12、(或无穷远处)电场中电势相同的各点构成的面 图线特点带箭头的不闭合的曲线，两电场线不相交可以闭合，也可以不闭合，不同等势面不相交 电场线等势面 描述电场曲线上某一点的切线方向为场强方向，疏密表示场强大小等势面的垂线方向为场强方向，等差等势面的疏密表示场强大小 做功情况电荷沿电场线移动时电场力必做功电荷在等势面上移动时电场力不做功 联系(1)沿电场线方向电势降低；(2)电场线与等势面垂直；(3)由一种图线可画出另一种图线(1)处于静电平衡状态的导体是一个等势体，其表面是一个等势面(2)导体接地后电势与大地相等，通常规定大地为零电势位置命题视角 1 等势面的特点(2016高考全国卷)关于静电场的等
13、势面，下列说法正确的是()A两个电势不同的等势面可能相交B电场线与等势面处处相互垂直C同一等势面上各点电场强度一定相等D将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功解析 假设两个电势不同的等势面相交，则交点处的电势就是两个不同的值，这是不可能的，A 错误；同一等势面上各点电势相等，而场强不一定相等，C 错误；负电荷从高电势处移到低电势处，电势能增加，电场力做负功，D 错误 答案 B 命题视角 2 利用等势面分析功能关系(多选)如图中虚线为一组间距相等的同心圆，圆心处固定一带正电的点电荷一带电粒子以一定初速度射入电场，实线为粒子仅在静电力作用下的运动轨迹，a、b、c 三点
14、是实线与虚线的交点，则该粒子()A带负电B在 c 点受力最大C在 b 点的电势能大于在 c 点的电势能D由 a 点到 b 点的动能变化大于由 b 点到 c 点的动能变化解题探究(1)粒子运动过程中受力方向如何？(2)粒子运动过程中电场力做功特点？(3)电场力做功与电势能、动能的变化关系？解析 由带电粒子进入正点电荷形成的电场中的运动轨迹可以看出两者相互排斥，故带电粒子带正电，选项 A 错误；根据库仑定律 Fkq1q2r2 可知，a、b、c 三点中，在 a 点时受力最大，选项 B 错误；带电粒子从 b 点到 c 点的过程中，电场力做正功，电势能减小，故在 b 点的电势能大于在 c 点的电势能，选
15、项 C正确；由于虚线为等间距的同心圆，故 UabUbc，所以 WabWbc，根据动能定理，带电粒子由 a 点到 b 点的动能变化大于由 b 点到 c 点的动能变化，选项 D 正确答案 CD“三线”问题的处理技巧依据带电粒子的运动轨迹和等势面来判断有关问题时应掌握以下几个要点：(1)带电粒子的轨迹的切线方向为该点处的速度方向(2)带电粒子所受合力(往往仅为电场力)应指向轨迹曲线的凹侧，再依电场线与等势线处处垂直以及电场力与场强同向或反向，即可确定力的方向(3)在一段运动过程中，若合力与速度方向的夹角小于 90，则合力做正功，动能增加；若夹角大于 90，则合力做负功，动能减小；若夹角总等于 90，
16、则动能不变电势能变化与动能变化相反(4)只有电场力做功时，电势能与动能相互转化，总能量之和不变 题组过关1(2016高考江苏卷)一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内的电场线分布如图所示容器内表面为等势面，A、B为容器内表面上的两点，下列说法正确的是()AA 点的电场强度比 B 点的大B小球表面的电势比容器内表面的低CB 点的电场强度方向与该处内表面垂直D将检验电荷从 A 点沿不同路径移到 B 点，电场力所做的功不同解析：选 C电场线的疏密表示场强的大小，因此 A 点处电场线较 B 点处稀疏，所以 EAEB，A 项错误；沿着电场线电势逐渐降低，故 B 项错误；电场线与等
17、势面垂直，C 项正确；电场力做功与路径无关，故 D 项错误2(多选)(2018江苏泰兴期末调研)如图所示，a、b 是 x 轴上关于 O 点对称的两点，c、d 是 y 轴上关于 O 点对称的两点，c、d两点分别固定一等量异种点电荷，带负电的试探电荷仅在电场力作用下从 a 点沿曲线运动到 b 点，f 为第一象限内轨迹上的一点，以下说法正确的是()Ac 点的电荷带正电Ba 点电势高于 f 点电势Cf 点场强方向沿轨迹在该点的切线方向D试探电荷从 a 到 b 过程中，电势能先增加后减少解析：选 BD带负电的试探电荷仅在电场力的作用下从 a 点沿曲线运动到 b 点，合力指向曲线的内侧，故 c 点电荷带负电，故选项 A 错误；从 f 点到 b 点电场力做正功，电势能减小，由于是负电荷，故从 f 到 b 电势要升高，即 b 点的电势高于 f 点的电势，又因为等量异种电荷的连线的中垂线是等势线，故 a、b两个点电势相等，所以 a 点电势高于 f 点电势，故选项 B 正确；f 点的切线方向为速度方向，f 点的场强方向应与电场力方向在同一直线，而曲线运动的受力与速度方向不可能在同一直线上，即 f 点场强方向不可能是该点的切线方向，故选项 C 错误；试探电荷从 a 到 b 过程中，电场力先做负功后做正功，故电势能先增加后减少，故选项 D 正确本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放