2.2 电势 与等势面 — 鲁科版高中物理选修3-1学案

2.2 电势与等势面 学案 学习目标：　 1.深刻理解电势和等势面的概念，提高综合分析电场性质的能力。 2.自主学习，合作探究，学会用类比分析法分析电场性质的方法。 3.激情投入，全力以赴，尝试运用物理原理和研究方法解决一些实际问题，增强科学探究意识。 基础知识： 电势 (1)定义：电荷在电场中某点的电势能跟电荷量的比值，叫做该点的电势． (2)定义式：φ＝eq \f(Ep,q). 其中，φ表示某点电势，Ep表示电荷在这一点的电势能，q表示电荷量． (3)单位：__V__，1 V＝1 J/C. (4)电势是标量，没有方向． (5)电势是从能量的观点描述电场的物理量． (6)电势具有相对性，跟电势能一样，电势的值并没有绝对的意义．只有先规定了电场中某处的电势为零，才能确定该电场中各点的电势值． 二、等势面 (1)等势面：电场中电势相同的各点构成的面．在同一等势面上移动电荷时，电场力不做功． (2)电场线与等势面的关系 ①沿着电场线方向电势逐渐降低，电场线与等势面垂直． ②电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面． 点电荷、等量异号点电荷、等量同号点电荷和匀强电场的等势面 (1)点电荷的等势面：点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面． (2)等量异号点电荷的等势面：等量异号点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越越低，中垂线是一等势线． (3)等量同号点电荷的等势面：等量正点电荷连线的中点电势最低，中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越越低．连线上和中垂线上关于中点的对称点等势．等量负点电荷连线的中点电势最高，中垂线上该点的电势最低．从中点沿中垂线向两侧，电势越越高，连线上和中垂线上关于中点的对称点等势． (4)匀强电场的等势面：匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面． 说明：等势面密集处电场线也密集．任意两个等势面不会相交． 三、尖端放电 (1)定义：带电较多的导体，在尖端部位，场强可以大到使周围的空气发生电离而引起放电的程度，这就是尖端放电现象． (2)应用举例：避雷针． 重难点理解： 对电势的理解 1．电场中某点的电势φ＝eq \f(Ep,q)，在计算时应代入各自的正负号． 2．电势的标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负之分，电势为正表示比零电势高，电势为负表示比零电势低． 3．电势的相对性：零电势点的选取原则：一般选大地或无限远处为零电势，只有选取了零电势点才能确定某点的电势大小． 4．电势是描述电场性质的物理量，决定于电场本身，与试探电荷无关． 5．判断电势高低的方法：(1)利用电场线：沿着电场线方向电势逐渐降低(此为主要方法)； (2)利用公式φ＝eq \f(Ep,q)判断，即在正电荷的电势能越大处，电势越高，负电荷电势能越大处，电势越低． 二、等势面 1．电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面． 2．等势面的特点： (1)在等势面上移动电荷时，静电力不做功． (2)电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面． (3)等势面密的地方，电场强度较强；等势面疏的地方，电场强度较弱． (4)任意两个等势面不相交． 【例1】在静电场中，下列说法正确的是(　　) A．电场强度为零的点，电势一定为零 B．电场强度处处相同的区域内，电势也一定处处相同 C．电势降低的方向，一定是电场强度的方向 D．匀强电场中的等势面是一簇彼此平行的平面 【解析】　电势是一个相对量，某一点的电势值与零电势点的选取有关，场强为零，电势不一定为零，故A错；在匀强电场中，其等势面是一簇相互平行的平面，沿电场线方向电势降低，并降低得最快，故B、C均错，D正确． 【例2】在点电荷Q形成的电场中有一点A，当一个带电量为－q的试探电荷从电场的无穷远处被移到电场中的A点时，电场力做正功W，则试探电荷在A点的电势能及电场中A点的电势分别为(　　) A．EpA＝－W，φA＝eq \f(W,q) B．EpA＝W，φA＝－eq \f(W,q) C．EpA＝W，φA＝eq \f(W,q) D．EpA＝－W，φA＝－eq \f(W,q) 【解析】　依题意，若将－q从电场中A点移到无穷远处，电场力将对电荷做功－W，根据电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功，即为－W，又根据电势的定义易得φA＝eq \f(－W,－q)＝eq \f(W,q)，综上所述，正确选项为A. 【例3】关于等势面的说法，正确的是 (　　) A．电荷在等势面上移动时，由于不受电场力作用，所以说电场力不做功 B．在同一个等势面上各点的场强大小相等 C．两个不等电势的等势面可能相交 D．若相邻两等势面的电势差相等，则等势面的疏密程度能反映场强的大小 解析　等势面由电势相等的点组