2.2 电势与等势面-高一物理鲁科版必修第三册同步课件(共31张PPT)

(共31张PPT)
2.2 电势与等势面
第二章
课标要求 素养形成
1、了解电势的含义。 2、能依据等势面与电场线的关系分析电场的属性。 1、物理观念：了解电势的内涵，能用电势解释相关的静电现象。
2、科学思维：能在熟悉的情境中运用等势面模型解决问题，了解类比推理的方法。
3、科学态度：通过类比电势与电场强度，体会类比与创新在物理学研究中的重要性。
学习目标
1、电场强度的物理意义是什么？是怎样定义的？
【答案】电场强度表示力的特性，试探电荷所受电场力与其所带电量的比值，叫该点的电场强度。
2、什么是电势能？
【答案】电荷在电场中所具有的势能叫电势能，类似于物体在重力场中具有重力势能。
复习巩固
一、电势
1、电势
（1）定义：电荷在电场中某点的　　　 与它的电荷的　　 。
（2）表达式：φ= ，电场中某点电势的大小由　　　　 决定，与是否放入试探电荷　　 。
（3）单位：伏特，符号为V。
（4）标矢性：标量只有　 ，没有方向，但有　 　、　　之分。
电势能
比值
电场本身
无关
大小
正
负
新知梳理
（5）相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的零电势点的位置有关，一般情况下取离场源电荷 或 为零电势点。
2、电势与电场线的关系：沿着电场线的方向，电势　 　。
降低
无穷远
大地
2、等势面的特点
（1）在同一等势面上移动电荷时，静电力　　　 。
（2）等势面一定与电场线　　 。
（3）电场线总是由电势　 的等势面指向电势　 的等势面。
（4）两个不同的等势面　　　 。
不做功
垂直
高
低
不相交
二、等势面
1、等势面：电场中电势　　　的点构成的面叫作等势面。
相等
1、电势既有正值，也有负值，是矢量。（　）
2、在电势越高的地方，同一电荷的电势能越大。（　）
3、电势具有相对性，选不同的零电势点，电势的值不同。（　）
4、电场线越密集的地方场强越大，电势越高。（　）
5、点电荷的等势面是以点电荷为球心的球面。（　）


√

√
思维诊断
要点一、电势的特点及分析
有一个场强为E的匀强电场，规定负极板的电势能为零。取极板附近一点O，从与O距离为d的点A，把一个电荷量为q=q0的正试探电荷由点A移到点O，则静电力做功为W=q0Ed，电荷在A点的电势能EpA=W，电势能与电荷量之比为 =Ed，如果把电荷量换为q=2q0，3q0，…，nq0。试分析它们之间的规律，并填入表中。
情景探究
试探电荷的电荷量q q0 2q0 3q0 … nq0
电荷从点A移到点O时静电力所做的功 q0Ed 2q0Ed 3q0Ed … nq0Ed
电荷在点A具有的电势能EpA q0Ed 2q0Ed 3q0Ed … nq0Ed
电荷在点A具有的电势能与电荷量之比
Ed Ed Ed Ed Ed
通过分析表格，总结出怎样的结论？
结论：电荷从A点移到O点时，静电力做的功与电荷量有关，电荷在A点具有的电势能与电荷量有关，电荷在点A具有的电势能与电荷量之比与电荷量无关。
知识深化
1、对电势的理解
（1）电势从能量角度反映电场的属性，由电场自身决定，与是否有试探电荷及试探电荷的带电性质和带电荷量无关。
（2）在利用φ= 计算电势时，Ep、q可代入正、负号运算，计算结果的正、负号恰好反映了电势的高低。
（3）电势的相对性
①电势是相对的，只有先确定了电势零点以后，才能确定电场中其他位置的电势。电场中某点的电势跟电势零点的选择有关。
②对不是无限大的带电体产生的电场，通常取无限远处的电势为零；在实际处理问题中，又常取大地电势为零。
项目 电势φ 电势能Ep
物理意义 反映电场的能的性质的物理量。 反映电荷在电场中某点所具有的能量。
相关因素 电场中某一点的电势φ的大小，只跟电场本身有关，跟试探电荷q无关。 电势能的大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的。
2、电势能与电势的区别与联系
项目 电势φ 电势能Ep
大小 沿电场线方向电势逐渐降低，规定零电势点后，某点的电势高于零，则为正值；某点的电势低于零，则为负值。 正点电荷：电势能的正负跟电势的正负相同。
负点电荷：电势能的正负跟电势的正负相反。
单位 伏特（V） 焦耳（J）
联系 φ= 或Ep=qφ，二者均是标量
3、电势与电场强度的区别与联系
项目 电势φ 电场强度E
物理意义 反映电场能的性质 反映静电力的性质
定义 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比 电荷在电场中某一点受到的静电力与它的电荷量之比
标矢性 标量 矢量
联系 （1）电势沿着电场强度的方向降低 （2）大小之间不存在任何关系，电势为零的点，电场强度不一定为零；电势高的地方，电场强度不一定大；电场强度为零的地方，电势不一定为零；电场强度大的地方，电势不一定高。
典例1　如图所示，某区域内，电场线左右对称分布，M、N为对称线上的两点。下列说法正确的是（　）
A.M点电势一定低于N点电势
B.M点场强一定大于N点场强
C.正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能
D.将电子从M点移动到N点静电力做正功
C
小试身手
【解析】从题图电场线的分布可知，M、N所在直线的电场线方向由M指向N，则M点电势一定高于N点电势，故A错误；由于N点所在处电场线分布密，所以N点场强大于M点场强，故B错误；正电荷在电势高处电势能大，故在M点电势能大于在N点电势能，故C正确；电子从M点移动到N点，要克服静电力做功，故D错误。
规律方法
电势高低的四种判断方法：
（1）依据电场线方向：沿电场线方向，电势逐渐降低。
（2）依据公式判断：根据φ= 计算出各点电势的大小，然后进行比较。
（3）依据试探电荷的电势能：正电荷电势能大处电势高，负电荷电势能大处电势低。
（4）依据场源电荷的电性：取无限远电势为零，正电荷周围电势为正，负电荷周围电势为负；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低。
典例2　将一带电荷量为-q的试探电荷从无穷远处移到电场中的A点，该过程中静电力做功为W，若规定无穷远处的电势为零，则试探电荷在A点的电势能及电场中A点的电势分别为（　）
A
【解析】由题可知静电力做的功为W，则试探电荷的电势能减少W，无穷远处该试探电荷的电势能为零，则该试探电荷在A点的电势能为Ep=-W，A点的电势φA= = = ，故选项A正确。
A.-W， B.W，- 　 C.W， D.-W，-
要点二、电势面的特点及应用
在地理课上常用等高线来表示地势的高低。学习了电势的知识后，常用等势面来表示电势的高低，电场中电势相同的点构成的面就是等势面。当电荷从同一等势面上的A点移到B点时，电荷的电势能是否变化？静电力做功情况如何？等势面与电场线垂直吗？
【答案】电势能不变，静电力做功为零，等势面与电场线垂直。
情景探究
1、等势面的特点
（1）在等势面内任意两点间移动电荷，静电力不做功。
（2）在空间中两等势面不相交。
（3）电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。
知识深化
电场 等势面（实线）图样 重要描述
匀强电场 垂直于电场线的一簇平面
点电荷的电场 以点电荷为球心的一簇球面
2、几种常见电场的等势面分布
等量异种点电荷的电场 两点电荷连线的中垂线上的电势为零。
等量同种正点电荷的电场 两点电荷连线，中点电势最低，而在中垂线上，中点电势最高。
典例1（多选）如图所示，一带电粒子在两个固定的等量正点电荷的电场中运动，图中的实线为等势面，虚线ABC为粒子的运动轨迹，其中B点是两点电荷连线的中点，A、C位于同一等势面上。下列说法正确的是（　）
A.该粒子可能带正电
B.该粒子经过B点时的速度最大
C.该粒子经过B点时的加速度一定为零
D.该粒子在B点的电势能小于在A点的电势能
CD
小试身手
【解析】由该粒子的运动轨迹知，最初粒子受到吸引力，由固定电荷带正电可知，该粒子一定带负电，故A错误；因为粒子从A到B的过程中，只受静电力且静电力先做正功后做负功，由动能定理知，动能先增大后减小，故在B点的动能不是最大，则经过B点时的速度不是最大，故B错误；B点是两点电荷连线的中点，合电场强度为零，故粒子在该点受力为零，加速度为零，故C正确；等量正点电荷连线的中垂线上，连线中点，电势最高，可知φA<φB，因粒子带负电，由Ep=φq得 > ，故D正确。
规律方法：
（1）已知等势面的情况时，可作等势面的垂线来确定电场线，并由“电势降低”的方向确定电场线方向。
（2）已知电场线时，可作电场线的垂线来确定等势面，并由“沿电场线方向电势降低”确定等势面的电势高低。
典例2（多选）如图，直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线，M、N、P、Q是它们的交点，四点处的电势分别为φM、φN、φP、φQ。一电子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等。则（ ）
A.直线a位于某一等势面内，φM>φQ
B.直线c位于某一等势面内，φM>φN
C.若电子由M点运动到Q点，电场力做正功
D.若电子由P点运动到Q点，电场力做负功
BD
【解析】因电子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等，可知，电子在从M点到N点和P点过程中，电势能增加量相等，即电子在N点和在P点具有相同的电势能，则N点电势和P点电势相等，故直线d为一条等势线，则直线a、b为电场线，c为等势线，A错误；电子在M点电势能小于在N点电势能，故M点电势高于N点电势，B正确；M、Q在同一等势线上，移动电子时，电场力不做功，C错误；φM>φN，则直线c上电势高于直线d上电势，当电子从P点运动到Q点过程中，逆着电场线运动，电场力做正功，D正确。
Thank You !