第八章 第2课时 静电场中的能量-【直击双1流】2024高考物理一轮复习讲义

第 2 课时 静电场中的能量 一、电势能与静电力做功 1.静电力做功 (1) 特点: 静电力做功与带电体的路径无 关,只与始、末电势差有关。 (2) 在匀强电场中,电场力做的功 W = qEd, 其中 d 为沿电场线的距离。 2.电势能 (1) 定义:电荷在电场中具有的势能。 电荷 在某点的电势能等于把它从该点移到无穷远外 电场力所做的功。 (2) 静电力做功与电势能变化的关系:① 电 场力做的功等于电势能的减少量,即 WAB = EpA - EpB。 ② 静电力做正功,电势能减少,静电力做负 功,电势能增加。 (3) 电势能的相对性:电势能是相对的,通 常把电荷在离场源电荷无穷远处的电势能规定 为零, 或把电荷在大地表面上的电势能规定 为零。 二、电势和等势面 1.电势 (1) 定义:电荷在电场中某一点的电势能与 它的电荷量的比值。 (2) 定义式:φ = Ep q 。 (3) 标矢性:电势是标量,其大小有正负之 分, 其正 ( 负) 表示该点电势比电势零点高 (低)。 (4) 相对性:电势具有相对性,同一点的电 势因零势能面(点) 选取的不同而不同。 (5) 电势与电场线的关系:沿电场线方向, 电势降低。 2.等势面 (1) 定义: 电场中, 电势相同的各点构成 的面。 (2) 特点: ① 电场线跟等势面垂直,即场强的方向跟等 势面垂直。 ② 在等势面(或等势线) 上移动电荷时电场 力不做功。 ③ 电场线总是从电势高的等势面指向电势 低的等势面。 ④ 等差等势面密的地方电场强度强,反之, 电场强度弱。 ⑤ 任意两个等势面都不相交。 (3) 常见的典型电场等势面的对比分析(如表)。 电场 等势面(线) 重要描述 匀强 电场 垂直于电场线的 一簇等间距平面 点电 荷的 电场 以点电荷为球心 的一簇球面 等量 异种 点电 荷的 电场 两电荷连线的中 垂线上电势处处 为零 等量 同种 (正) 点电 荷的 电场 两点电荷连线上, 中点的电势最低; 中垂线上,中点的 电势最高 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 89　　　直击双 1流　高考物理 续表 电场 等势面(线) 重要描述 带电 导体 与导体形状类似 的等势面,导体是 等势体 　 　 例 1 (2023·四川省德阳市广汉中学月考) (多选) 两个不规则带电导体间的电场线分布如 图所示,已知导体附近的电场线均与导体表面垂 直,a、b、c、d 为电场中几个点,并且 a、d 为紧靠导 体表面的两点,选无穷远处为电势零点,则 (　 　 ) A. 场强大小关系有 Eb > Ec B. 电势大小关系有 φ b > φ d C. 将一正电荷放在 d 点时其电势能为负值 D. 将一负电荷由 a 点移到 d 点电场力做 正功 电场线越密的地方,电场强度越大, 由题图可得 c 点的电场线比 b 点的电场线密,所 以有 Ec > Eb,故 A 错误。 沿着电场线,电势逐渐 降低,可知 b点电势高于 d点的电势,故 B 正确。 电势能的正负与零电势点的选取有关,该题以无 穷远为零电势点,图中电场线的分布由无穷远指 向 d 点,即 d 点的电势小于无穷远处的,为负值, 所以说正电荷放在 d点时电势能Ep = qφ为负值, 故 C正确。 从题图中可以看出,a点的电势高于 b 点的电势,而 b点的电势又高于 d点的电势,所以 a 点的电势高于 d 点的电势,负电荷在电势高处 电势能小,在电势低处电势能大,故负电荷从 a 点移到 d 点电势能增加,则电场力做负功,故 D 错误。 BC 三、电势差 　 电势差与电场强度的关系 (1) 电势差:在电场中,两点之间电势的差 值叫作电势差。 (2) 定义式:UAB = φA - φB,电势差是标量,可 以是正值,也可以是负值,而且有UAB = - UBA。 (3) 电势差 UAB 由电场和场内两点的位置决 定,与移动的电荷 q、电场力做的功 WAB 无关,与 零电势点的选取也无关。 (4) 电势差与电场强度的关系:匀强电场中 两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场 线方向上的距离的乘积,即U = Ed,也可以写作 E = U d 。 (5) 在匀强电场中,两长度相等且相互平行 的线段的端点间的电势差相等。