静电场中的能量-2023-2024学年学考冲刺讲义

静电场中的能量 【知识梳理】 一.静电力做功的特点 1.如图所示，不论q经由什么路径从A点移动到B点，静电力做的功都是一样的．在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关(填“有关”或“无关”)．可以证明，对于非匀强电场也是适用的． 2．静电力做功与重力做功相似，只要初、末位置确定了，移动电荷q做的功就是确定值． 二.电势能 1.由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能，可用Ep表示． 2．当正电荷在电场中从A点移动到B点时，静电力做正功， 电荷的电势能减少；当电荷从B点移动到A点时，静电力做负功，即电荷克服静电力做功，电荷的电势能增加． 3． 电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功． 4.电场力做功是电势能变化的量度，用公式表示为WAB＝EpA－EpB，即电场力做正功，电荷的电势能减少，电场力做负功，电荷的电势能增加． 5.电势能具有相对性． 电势能零点规定：通常把电荷在离场源电荷无限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． 三.电势 1．电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势．如果用φ表示电势，用Ep表示电荷q的电势能，则φ＝，单位为伏特，符号为V.沿着电场线的方向电势逐渐降低． 2.电场中某点的电势φ＝，在计算时应代入各自的正负号． 3.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，电势为负表示比零4.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． 5.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． 6.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＝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． 四.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． 五.电势差 1.用不同的位置作为测量高度的起点，同一地方的高度的数值就不相同，但两个地方的高度差却保持不变．同样的道理，选择不同的位置作为电势零点，电场中某点电势的数值也会改变，但电场中某两点间的电势的差值却保持不变． 2.电场中两点间电势的差值叫做电势差，也叫电压．电势差的计算公式UAB＝φA－φB，UBA＝φB－φA，UAB＝－UBA. 3.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． 六.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，A、B两点间的电势差为UAB，则静电力做功WAB＝qUAB或UAB＝WAB/q. 2.静电力做功与电势差的关系：WAB＝qUAB或UAB＝. 3.公式WAB＝qUAB或UAB＝中各物理量符号的处理方法： (1)带正、负号进行运算：把电荷q的电性和两点间的电势差U的正负代入；功为正，则说明静电力做正功，电荷的电势能减小；功为负，则说明静电力做负功，电荷的电势能增大． (2)只将绝对值代入公式运算：即在计算时，q、U都取绝对值，算出的功也是绝对值，至于静电力做的是正功还是负功，可以根据电荷的正、负及电荷移动的方向与电场线方向的关系进行判断． (3)用关系式WAB＝qUAB进行相关计算时要注意W与U的角标要对应，不要造成混乱，因为UAB＝－UBA，WAB＝－WBA. 七.电势差与电场强度的关系 1.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方向的距离的乘积，即UAB＝Ed. 2.公式U＝Ed只适用于匀强电场，其中d为A、B两点沿电场方向的距离． 3.电场中A、B两点的电势差UAB跟电荷移动的路径无关，由电场强度E及A、B两点沿电场方向的距离d决定． 4.公式E＝说明电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势． 5.在匀强电场中，沿任意一个方向，电势降落都是均匀的，故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等；在匀强电场中，相互平行且长度相等的线段两端点的电势差相等． 八.关于E＝U/d的说明 1．在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与 两点沿电场强度方向距离的比值．也就是说，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势． 2．由该公式得出的场强单位是V/m，以前学习的场强单位是N/C. 九.对电场强度的进一步理解 1．教材中给出了电场强度的三个计算公式，