2025年高中物理复习讲解第2讲 电场能的性质.doc

第2讲电场能的性质

一、静电力做功和电势能

1.静电力做功

(1)特点：静电力做的功与电荷经过的路径无关，只与电荷量和电荷移动过程起始位置和终止位置有关。

(2)计算方法

①W＝qEd，只适用于匀强电场，其中d为带电体沿电场方向的位移。

②WAB＝qUAB，适用于任何电场。

2.电势能

(1)定义：电荷在电场中具有的势能，称为电势能。

(2)说明：电势能具有相对性，通常把电荷在离场源无限远处或把电荷在大地表面的电势能规定为0。

3.静电力做功与电势能变化的关系

(1)静电力做的功等于电荷电势能的减少量，即WAB＝EpA－EpB。

(2)通过WAB＝EpA－EpB可知：静电力对电荷做多少正功，电荷的电势能就减少多少；静电力对电荷做多少负功，电荷的电势能就增加多少。

(3)电势能的大小：由WAB＝EpA－EpB可知，若令EpB＝0，则EpA＝WAB，即一个电荷在电场中某点的电势能，等于把它从这点移到零势能位置时静电力所做的功。

二、电势等势面

1.电势

(1)定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。

(2)定义式：φ＝eq\f(Ep,q)。

(3)矢标性：电势是标量，有正负之分，正(负)号表示该点电势比零电势高(低)。

(4)相对性：电势具有相对性，同一点的电势因选取零电势点的不同而不同。

2.等势面

(1)定义：电场中电势相同的各点构成的面。

(2)四个特点

①在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。

②电场线一定与等势面垂直，并且从电势高的等势面指向电势低的等势面。

③等差等势面越密的地方电场强度越大，反之越小。

④任意两个等势面都不相交。

三、电势差

1.定义：在电场中，两点之间电势的差值。

2.定义式：UAB＝φA－φB。

3.静电力做功与电势差的关系

(1)电荷q在电场中从A点移动到B点时，静电力做的功WAB等于电荷在A、B两点的电势能之差。WAB＝EpA－EpB＝q(φA－φB)＝qUAB，UAB＝eq\f(WAB,q)。

(2)电势差UAB由电场本身的性质决定，与移动的电荷q及电场力做的功WAB无关，与零电势点的选取无关。

4.电势差与电势的关系：UAB＝φA－φB，UAB＝－UBA。

5.匀强电场中电势差与电场强度的关系

(1)电势差与电场强度的关系式：UAB＝Ed，其中d为电场中两点间沿电场方向的距离。

(2)电场强度的方向和大小与电势差的关系：电场中，电场强度方向指向电势降低最快的方向；在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿电场强度方向每单位距离上降低的电势。

四、静电感应和静电平衡

1.静电感应

当把一个不带电的金属导体放在电场中时，导体的两端分别感应出等量的正、负电荷，“近端”出现与场源电荷异种的感应电荷，“远端”出现与场源电荷同种的感应电荷。这种现象叫静电感应。

2.静电平衡

(1)定义：导体放入电场中时，附加电场与原电场的电场强度在导体内部大小相等且方向相反，使得叠加电场强度为零时，自由电荷不再发生定向移动，导体处于静电平衡状态。

(2)处于静电平衡状态的导体的特点

①导体内部的电场强度处处为零；

②导体是一个等势体，导体表面是等势面；

③导体表面处的电场强度方向与导体表面垂直；

④导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面上；

⑤在导体外表面越尖锐的位置，净电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有净电荷。

命题点一电场能的性质的理解

1.电势高低的四种判断方法

(1)依据电场线方向：沿电场线方向电势逐渐降低。

(2)依据电场力做功：根据UAB＝eq\f(WAB,q)，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断φA、φB的高低。

(3)依据场源电荷的正负：取无限远处电势为零，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。

(4)依据电势能的高低：正电荷在电势能大处电势较高，负电荷在电势能大处电势较低。

2.电势能大小的四种判断方法

(1)做功判断法：电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大。

(2)电荷电势法：正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势低的地方电势能大。

(3)公式法：由Ep＝qφ，将q、φ的大小、正负号一起代入公式进行判断。

(4)能量守恒法：在电场中，若只有电场力做功，电荷的动能和电势能相互转化，动能增大时，电势能减小，反之电势能增大。

【真题示例1】(2021·广东卷，6)如图1是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面。在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极，a、b是其路径上的两点。不计液滴重力。下列说法正确的是()

图1

A.a点的电势比b点的低

B.a点的电场强度比b点的小

C.液滴在a点的加速度比在b点的小

D.液滴在a点的电势