第2章 第2节 电势与等势面-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理必修3同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

第2节　电势与等势面 【核心素养目标】 物理观念 知道电势的定义、定义式、单位；理解等势面的概念。 科学思维 通过电势的定义，了解类比推理的方法，能在熟悉的情境中运用等势线模型解决问题。 科学态度与责任 通过等势面探索、体会类比与创新在物理学研究中的重要性，体验形象思维与抽象思维的相互关联，感悟物理学内在之美，激发学习热情。 一、电势 1．定义：电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量之比，称为该点的电势。 2．公式和单位：电势的定义公式为φA＝，国际单位是伏特，符号是V。 3．相对性：电势也是相对的，常取离场源电荷无穷远处的电势为零，也常选地球为零电势点。电势可以是正值，也可以是负值，没有方向，因此是标量。 4．与电场线的关系：沿电场线的方向电势逐渐降低。 二、等势面 1．定义：电场中电势相等的点构成的面。 2．性质 (1)在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。 (2)电场线与等势面垂直，方向由电势高的等势面指向电势低的等势面。 (3)等差等势面密集处电场线密集，说明此处电场强度较大。 1．判断正误 (1)沿一条电场线方向上的各点，电势不可能相同。 (　　) (2)电场中某点的电势与Ep成正比，与q成反比。 (　　) (3)电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功。 (　　) (4)等势面上各点电势、场强均相同。 (　　) (5)某点的电势为零，电荷在该点的电势能一定为零。(　　) 答案：　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　 2．链接实景 如图所示是我们在地理上学到的等高线的表示方法，类比到电场中，我们怎么用类似的方法表示电场中电势相等的各点呢？ 提示：　等势面 学生用书第32页 知识点一　电势的理解及电势高低的判断 　 如图所示的匀强电场，电场强度为E，取O点为零势能点，A点距O点的距离为l，AO连线与电场强度反方向的夹角为θ。 (1)电荷量分别为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为多少？ (2)电势能与电荷量的比值是否相同？ (3)A点和O点相比较，哪点电势高？ 提示：　(1)电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为qEl cos θ、2qEl cos θ。 (2)电势能与电荷量的比值相同，都为El cos θ。 (3)A点高。 1．电势的特点 (1)电势的相对性：电场中某点的电势高低与零电势点的选取有关。通常选无穷远处或地球表面为零电势点。 (2)电势是标量：电势只有大小没有方向。在规定了零电势点后，电场中各点的电势可能是正值，也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势；负值表示该点的电势低于零电势。显然，电势的正负只表示大小，不表示方向。 (3)电势的固有性：电势是反映电场的能的性质的物理量，由电场本身决定，与该点是否放入电荷及电荷的电性和电荷量均无关，这和许多用比值定义的物理量相同，如电场强度。 2．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)场源电荷判断法：离场源正电荷越近的点，电势越高；离场源负电荷越近的点，电势越低。 (3)电势能判断法：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。 (4)电场力做功判断法： ①在两点间移动正电荷，如果电场力做正功，则电势能减少，电势降低；如果电场力做负功，则电势能增加，电势升高。 ②在两点间移动负电荷，如果电场力做正功，则电势能减少，电势升高；如果电场力做负功，则电势能增加，电势降低。 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)沿电场线方向电势逐渐降低。 (2)电场力做负功，电势能增加。 (3)正电荷受力方向与电场线的切线方向相同，负电荷则相反。 解析：　解法一：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，而负电荷所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。沿着电场线的方向电势越来越低，a点电势比b点电势高。 解法二：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点电势比b点电势高 学生用书第33页 如果把电荷量q＝1.0×10－8 C的电荷从无限远移到电场中的A点，需要克服静电力做功W＝1.2×10－4 J，那么， (1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？ (2)q未移入电场前，A点的电势是多少？ 解析：　(1)静电力做负功，电势能增加，无限远处的电势为零，电荷在无限远处的电势能也为零，即φ∞＝0，Ep∞＝0. 由W∞A＝Ep∞－EpA得EpA＝Ep∞－W∞A＝0－(－1.2×10－4