课时2 电场能的性质
一、静电力做功和电势能
1.静电力做功
(1)特点:静电力做功与实际路径无关,只与初末位置有关。
(2)计算方法
①W=qEd,只适用于匀强电场,其中d为沿电场方向的距离。
②WAB=qUAB,适用于任何电场。
2.电势能
(1)定义:电荷在电场中具有的势能,数值上等于将电荷从该点移到零势能位置时静电力所做的功。
(2)静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于电势能的减少量,即WAB=EpA-EpB=-ΔEp。
(3)电势能具有相对性。通常把电荷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的电势能规定为零。
二、电势、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:
=
。
(3)矢标性: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,同一点的电势因电势零点选取的不同而不同。
(5)电势是描述电场能的性质的物理量,决定于电场本身,与试探电荷无关。
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在等势面上移动电荷,静电力不做功。
②等势面一定与电场线垂直,即与电场强度方向垂直。
③电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。
④等差等势面的疏密表示电场的强弱(等差等势面越密的地方,电场线越密)。
3.电势差
(1)电势差:电场中两点间电势的差值叫做电势差,也叫电压。
(2)电场中两点间的电势差与电势零点的选取无关。
(3)公式:电场中A点的电势为A,B点的电势为B,则UAB=A-B,UBA=B-A,可见UAB=-UBA。
(4)电势差是标量,UAB是正值,A点的电势比B点的电势高;UAB为负值,A点的电势比B点的电势低。
(5)电荷q从A点移到B点,静电力做功WAB与AB间电势差UAB的关系为WAB=qUAB。
考点一 电势、电势差、等势面的概念
1.电势:=
(1)电势的相对性:电场中各点的电势是相对的,电势零点的电势为零;没有特殊说明时,一般以地面或无穷远处为电势零点。
(2)电势的标矢性:电势是标量,但有正负。正负反映电势的高低或大小(正电势大于负电势),不表示方向。
2.电势差:UAB=
=A-B
(1)若UAB>0,表示A点电势高于B点电势,若UAB<0,表示A点电势低于B点电势,UAB=-UBA。
(2)两点间电势差与电势零点选取无关。
(3)表达式WAB=qUAB普遍适用,计算过程中应注意将各物理量正负号一并代入。
(4)表达式U=Ed适用于匀强电场中的定量计算,且d是沿电场强度方向上的距离;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。
3.等势面:电势相等的各点构成的面称为等势面。
(1)电势与电场线的关系:沿着电场线方向电势逐渐降低。
(2)等势面与电场线的关系:电场线与等势面相交处互相垂直。
[典例1] 如图所示,a,b,c是一条电场线上的三点,电场线的方向由a到c,ab间距离等于bc间距离,用a,b,c和Ea,Eb,Ec分别表示a,b,c三点的电势和电场强度,可以判定( )
A.a>b>c B.Ea>Eb>Ec
C.a-b=b-c D.Ea=Eb=Ec
解析:沿电场线方向电势降低,可以比较电势高低,根据电场线方向可知a>b>c,故A正确;只有一条电场线,不能确定电场线的分布情况,无法比较电场强度的大小,故B,D错误;对于匀强电场,两点间的电势差U=Ed,由于电场线的疏密情况无法确定,两点间的电势差的公式U=Ed也不适用,不能判断电势差的关系,故C错误。
