第2节 电势与等势面（教学课件）物理鲁科版必修第三册

第二章 电势能与电势差 第2节 鲁科版2019 高中物理必修三 电势与等势面 电场的性质 E q F ①产生力 电场中同一位置产生力作用的能力是不变的，与放入的试探电荷无关。 电场强度E ②产生能 A B + 电场中同一位置产生电势能的能力也应该是相同的，与放入的试探电荷无关。 物理学如何来描述电场产生能的性质？ 物理学用 来体现这种性质 定义为： 比值定义法 在一场强为E的匀强电场中，取B点为零电势能点。若把一正电的试探电荷，带电量为q，从A点移动到B点，A与B的距离为d，则电场力做多少功？A点的电势能是多少？ 解：依题意，可得静电力做功WAB＝qEd E q A B + F 如果放入的电荷改为2q： EpA=2qEd 如果放入的电荷改为4q： EpA=4qEd 思考与讨论 结论 电场中某点的电势能还与试探电荷的电荷量有关。 电势能不能描述电场让场中电荷产生电势能的性质（与试探电荷无关）。 Administrator (A) - 思考与讨论 2q时：EpA=2qEd 4q时：EpA=4qEd q时：EpA=qEd 比去电荷所带电量 q时： 试探电荷带电量不同时A点的电势能： 2q时： 4q时： 电势能与电荷量的比值是一个与试探电荷无关的量。 一 电势 一、电势 1、定义： 物理学中，电荷在电场中的电势能与其电荷量之比，称为该点的电势。 2、符号： 3、定义式： （2）若电荷在电场中A点电势能为EPA，则A点的电势： （3）若q为单位正电荷，则电场中某点的电势在数值上等于： ①电荷在该点的电势能； ②将电荷移到零电势能点静电力做的功 （1）电场中某点电势取决于电场本身，与试探电荷无关 （4）式中Ep、q均需代入正负号 一、电势 3、单位： 伏特 符号：V 1V=1 J/C 4、相对性： ①与电势能一样，首先要规定电场中的零电势点，才能确定电势值。 ②通常选取离电荷无穷远处或大地为零电势点。 5、电势是标量： 电势有正负，正表示比零电势点高，负表示比零电势点低。 如图所示，匀强电场的电场强度为30N/C， A、B、C是电场中同一条电场线上的三个点，相邻两个点的距离均为10 cm， （1）以 C点为零电势点， 求A、B 两点的电势； （2） A、 B、 C 三点中哪个点的电势最高？ 哪个点的电势最低？ 已知：E= 30 N/C， A、B间距离d1= 0.1 m， B、C间距离 d2 = 0.1 m （1）以C为零电势点，正电荷q从A或B移动到C静电力做正功。 因此，电荷q在A点的电势能EPA=qE(d1+d2)， 在B点的电势能EPB=qEd2 根据电势定义得： （2）以C为零电势点，由（1）知 解 思考与讨论 如果移动的是负电荷，则以C为零电势点的A、B两点电势计算结果是否相同？ 思考与讨论 （1）以C为零电势点，负电荷q从A或B移动到C静电力做负功。 因此，电荷q在A点的电势能EPA=qE(d1+d2)， 在B点的电势能EPB=qEd2 根据电势定义得： 电场中某点的电势与试探电荷无关。 计算结果相同 如果以B为零电势点,则A、C两点电势？比较A、 B、 C 三点的电势高低。 思考与讨论 （1）以B为零电势点，正电荷q从A移动到B，静电力做正功： 则电荷q在A点的电势能EPA=qEd1 根据电势定义得： 正电荷q从C移动到B，静电力做负功： 则电荷q在C点的电势能EPc=-qEd2 根据电势定义得： 计算结果不相同 （2）以B为零电势点，由（1）知 高低顺序相同 计算结果不相同 结论 ①零电势参考点选取不同，电场中同一位置的电势不同。 ②零电势参考点选取不同，电场中各点的电势高低顺序不变。 一、电势 6、电场中电势高低的判断 沿着电场线的方向，电势逐渐降低。 ①电场线法： ②公式法： 若 ，比值越大，电势越高 若 ，比值绝对值越大，电势越低 的点电势高于 的点 ③移动电荷做功法： 在电场中移动电荷 正电荷正功，负电荷负功：电势降低 正电荷负功，负电荷正功：电势升高 1、某电场线分布如图所示。电场中a、b两点的电场强度的大小和电势分别用Ea、Eb表示，电势用 表示，则 a b 例题分析 E 电场线的疏密表示电场强度的强弱；沿电场方向电势逐渐降低。故选D。 例题分析 2．某静电除尘设备集尘板的内壁带正电，设备中心位置有一个带负电的放电极，它们之间的电场线分布如图所示，虚线为某带电烟尘颗粒(重力不计)的运动轨迹，A、B是轨迹上的两点，C点与B点关于放电极对称，下列说法正确的是(　　) A．A点电势低于B点电势 B．A点电场强度小于C点电场强度 C．烟尘颗粒在A点的动能小于在B点的动能 D．烟尘颗粒在A点的电势能小于在B点的电势能 电场线的疏密表示电场强度的强弱，EA>EC，B错；沿电场方向电势逐渐降低，A正确；根据轨迹特点可知颗粒带负电，若由A到B，静电力正功，动能增加，电势能减少，若由B到A，静电力负功，动能减少，电势能增加，因此A点动能小于B 点动能，A点电势能高于B点电势能。故选AC。 如果仅静电力做功，带电体的动能与电势能之和保持不变。 二 等势面 二、等势面 1、等势面： 电场有许多点的电势是相同的。我们把电场中电势相同的点构成的面叫做等势面。 2、几种常见电场的等势面： 正点电荷 负点电荷 等量同种（正）点电荷 等量异种点电荷 电场线 等势面 等量异种电荷平行板（匀强电场） 带电导体 二、等势面 3、等势面的特点 ①等势面与电场线处处垂直；等势面的法线表示了电场的方向，电场线的方向是由高等势面指向低等势面。 ②电荷静电力与等势面垂直，所以在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。 ③等差等势面（两个等势面间的电势差值相等）间的疏密程度表示了场强的大小；密强、疏弱；图中等势面为等差等势面。 ④匀强电场的等差等势面是一组相互平行的疏密均匀的平面。 例题分析 3．如图所示，真空中M、N处分别放置两等量异种电荷，a、b、c表示电场中的3条等势线，d点和e点位于a等势线上，f点位于c等势线上，df平行于MN。以下说法正确的是（　　） A．d点的电势等于f点的电势 B．d点的电势与e点的电势相等 C．若将一负试探电荷沿直线由d点移动到f点，则静电力先做正功、后做负功 D．若将一正试探电荷沿直线由d点移动到e点，试探电荷的电势能增加 图中虚线为等势线，d与e在同一等势线上，所以电势相等；B正确，A错。在同一等势线上移动，静电力不做功；D错。将负电荷从d沿直线移到f，静电力始终与移动方向成钝角，所以静电力始终做负功；C错。 例题分析 4、如图所示，一正点电荷固定于O点，图中虚线圆均以O点为圆心，两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹，分别与虚线圆交于a、b、c、d、e。不计重力。下列说法正确的是（ ） O M N a b c d e A、M带负电荷，N带正电荷 B、M在b的动能小于它在a的动能 C、N在d的电势能等于它在e的电势能 D、N在从c点运动到d点的过程中克服静电力做功 O处为正电荷，根据轨迹特点可知M带负电，N带正电；A正确。N从c到d，静电力正功，D错。a点所处的虚线圆为等势面，所以从a到b静电力总功为负，动能减少，若从b到a，总功为正，动能增加，所以B正确。因为e和d在同一等势面，静电力做功为0，所电势能不变化，C正确。 作业 $$