第十章 静电场中的能量 知识清单 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十章 静电场中的能量 1 电势能和电势 一、静电力做功的特点 1.静电力做功:在匀强电场中,静电力做功W=qElcos .其中 为静电力与位移方向之间的夹角. 2.特点: (1)静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,但与具体路径无关,这与重力做功特点相似. (2)无论是匀强电场还是非匀强电场,无论是直线运动还是曲线运动,静电力做功均与路径无关. 二、电势能 1.电势能:电荷在电场中具有的势能,用Ep表示. 2.电势能的大小:电荷在某点(A点)的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功EpA=WA0. 3.电势能具有相对性,其大小与选定的参考点有关.确定电荷的电势能,首先应确定参考点,也就是零势能点的位置.电势能零点的规定:通常把电荷在离场源电荷无限远处或把电荷在大地表面的电势能规定为零. 4.(1)电势能Ep是由电场和电荷共同决定的,是电荷和电场所共有的,我们习惯上说成电荷在电场中某点的电势能. (2)电势能是标量,有正负但没有方向.在同一电场中,电势能为正值表示电势能大于零势能点的电势能,电势能为负值表示电势能小于零势能点的电势能. 5.静电力做功与电势能变化的关系 (1)静电力做的功等于电势能的减少量.表达式: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)在同一电场中,正电荷在电势高的地方电势能大,而负电荷在电势高的地方电势能小. 6.电势能大小的判断 判断方法 方法解读 公式法 将电荷量、电势连同正负号一起代入公式Ep=q ,正Ep的绝对值越大,电势能越大;负Ep的绝对值越大,电势能越小 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 做功法 电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增加 能量守 恒法 在电场中,若只有电场力做功时,电荷的动能和电势能相互转化,动能增加,电势能减小,反之,动能减小,电势能增加 三、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.公式: =. (1) 取决于电场本身; (2)公式中的Ep、q均需代入正负号. 3.单位:国际单位制中,电势的单位是伏特,符号是V,1 V=1 J/C. 4.电势高低的判断 判断依据 判断方法 电场线方向 沿电场线方向电势逐渐降低 场源电荷的正负 取无穷远处电势为零,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 电势能的高低 由 =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. 电场力做功 根据UAB=,将WAB、q的正负号代入,由UAB的正负判断 A、 B的高低 5.电势的相对性:一电场中某点的电势是相对的,它的大小和零电势点的选取有关.只有规定了零电势点才能确定某点的电势,在物理学中,般选大地或离场源电荷无限远处的电势为0. 6.电势是标量,只有大小,没有方向,但有正、负之分,同一电场中电势为正表示比零电势高,电势为负表示比零电势低. 7.点电荷的电势:E=k 2 电势差 一、电势差 1.定义:电场中两点之间电势的差值,也叫作电压.UAB= A- B,UBA= B- A,UAB=-UBA. 2.电势差是标量,有正负,电势差的正负表示电势的高低.UAB>0,表示A点电势比B点电势高.与零电势点的选取无关. 3.单位:在国际单位制中,电势差与电势的单位相同,均为伏特,符号是V. 4.静电力做功与电势差的关系 (1)公式:WAB=qUAB或UAB=. (2)UAB在数值上等于单位正电荷由A点移到B点时静电力所做的功. (3)符号的处理方法:把电荷q的电性和电势差U的正负代入进行运算,功为正,说明静电力做正功,电荷的电势能减小;功为负,说明静电力做负功,电荷的电势能增大. (4)公式WAB=qUAB适用于任何电场,其中WAB仅是电场力做的功,不包括从A到B移动电荷时其他力所做的功. 5.(1)电势差反映了电场的能的性质,决定于电场本身,与试探电荷无关. (2)电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差. 6.电势和电势差的比较 电势 电势差U 区别 定义 电势能与电荷量的比值 = 电场力做的功与电荷量的比值UAB= 决定因素 由电场和在电场中的位置决定,与q、Ep无关 由电场和场内两点位置决定,与q、WAB无关 相对性 与零电势点的选取有关 与零电势点的选取无关 联系 数值关系 UAB= A- B,当 B=0时, A=UAB 单位 相同,国际单位制中均是伏特(V) 标矢性 都是标量,但均有正负 2、 等势面 1.定义:电场中电势相同的各点构成的面. 2.等势面的特点 (1)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功,电荷的电势能不变. (2)电场线跟等势面垂直,即跟电场强