2.2 电势与等势面 —鲁科版高中物理选修3-1课件(共27张PPT)

(共27张PPT)
第2节
电势与等势面
在场强为E的匀强电场中，有A、B点且A、B两点的距离为d，现有不同的电荷放在A点，求它们在A点的电势能，并填入下列表中。（选B点为零电势能点）
2Ed
3Ed
-6Ed
Ed
Ed
Ed
EP/q
电荷q
q1=2C
q2=3C
q3=-6C
A点的
电势能EP
讨论:
1.将电荷q从A点移到B点。若取B点的电势能为零，则A点的电势能为多少？
2.若电荷的电量为2q、3q
…
则A点的电势能为多少?
3.求EPA/q，比值是否与电荷量有关？
与电荷量无关
一、电势
电势
1、定义：
（φ
标量）
3、相对性：一般选取无穷远或大地电势为零。
1J/C=1V
2、EP及q含符号
4、沿电场线
(场强)方向电势越来越低
5、正电荷的电场中电势为正，负电荷的电场中电势为负
φA
＞φB
6、电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的，与放不放电荷及放什么电荷无关
7、电势是标量，在规定了零电势后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值。正值表示该点电势比零高，负值表示该点电势比零低。
1、如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，根据此图可作出正确判断的是(
)
A.带电粒子所带电荷的性质
B.带电粒子在a、b两点的受力方向
C.带电粒子在a、b两点的速度何处较大
D.带电粒子在a、b两点的电势能何处较大
BCD
若粒子a→b，a、b两点的速度方向如图所示
根据力与运动轨迹的关系，受力方向如图所示,B正确
由动能定理和功能关系可知C、D在正确
若粒子b→a，a、b两点的速度方向如图所示
针对训练
2、如图所示，ＭＮ是负点电荷产生的电场中的一条电场线。一个带正电的粒子（不计重力）从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示，则该带电粒子在a点的加速度一定　　　在b点的加速度。带电粒子在a点的电势能一定　　　在b点的电势能。（填“大于”、“小于”式“等于”）。
N
小于
大于
电场强度E
电势φ
电势能Ep
区
别
单位
N/C，V/m
V，J/C
J
标
矢
性
矢量，方向为正电荷的受力方向
标量，但有正负，正负只表示大小
标量，正电荷在正电势位置有正电势能，简化为：正正得正，负正得负，负负得正
决
定
因
素
场强由电场本身决定，与试探电荷无关
电势由电场本身决定，与试探电荷无关，其大小与参考点的选取有关，有相对性
由电荷量和该点电势二者决定，与参考点选取有关，有相对性
联
系
(1)电势沿场强方向降落最快
(2)大小关系：场强为零的点，电势、电势能不一定为零；电势为零的点，场强不一定为零，电势能一定为零；电势能为零的点，场强不一定为零，电势一定为零
判断电场中各点电势的高低
(1)根据电场线判定：沿电场线的方向电势越来越低．
(2)根据电场力做功和电荷电势能的变化判定：
①在两点间移动正电荷：如果电场力做负功，电势能增加，电势升高；如果电场力做正功，电势能减少，电势降低．
②在两点间移动负电荷：如果电场力做负功，电势能增加，电势降低；如果电场力做正功，电势能减少，电势升高．
(3)在正电荷产生的电场中，离电荷越近，电势越高；在负电荷产生的电场中，离电荷越近，电势越低．
二、等势面
2、几种常见的等势面
1、定义：
电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面。
+
－
（1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功
（2）电场线（或E）⊥等势面，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面
3、等势面的特点：
（4）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电场线疏
（3）不同等势面在空间不相交、不相切，闭合
（5）沿电场方向电势降低最快
（6）匀强电场中电势均匀变化。
(7)导体处于静电平衡时，整个导体是一等势体，导体表面是一个等势面。
观察特点：
1、靠近导体表面
2、远离导体表面
点电荷与带电平板的电场中
电场线的分布
特点：
a、以点电荷向平板作垂线为轴电场线左右对称
b、电场线的分布情况类似于等量异种电荷的电场线分布，而带电平板恰为两电荷连线的垂直平分线
等势面和电场线的区别和联系
等势面
电场线
物理
意义
一系列电势相等的点构成的面，可以是封闭的，也可以是不封闭的
反映电场的分布情况，是一簇带箭头的不闭合的有向曲线
应用
(1)判定电场中各点电势的高低及差值
(2)判断静电力做功的情况
(3)可画出电场线
(1)判定电场中各点的场强方向
(2)由电场线疏密判定场强大小
(3)可画出等势面
联系
(1)电场线总是与等势面垂直
(2)在同一电场中，等差等势面的疏密也可反映电场的强弱
3、关于等势面，正确的说法是（???　）
A．电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功
B．等势面上各点的场强大小相等
C．等势面一定跟电场线垂直
D．两等势面不能相交
CD
C
Uab>Ubc
qUab>qUbc
4、孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为ψ1、ψ2、ψ3，a、b、c是某电场线与这簇等势面的交点，且ab=ac.现将一正电荷由a移到b，电场力做正功W1；再由b移至c，电场力做正功W2,则（???　）
A.W1=W2，ψ1＜ψ2＜ψ3
B.W1=W2，ψ1＞ψ2＞ψ3
C.W1＞W2，ψ1＞ψ2＞ψ3
D.W1＜W2，ψ1＞ψ2＞ψ3
5、如图，虚线a、b、c是某静电场中的三个等势面，它们的电势a最大，c最少，一带正电的粒子射入电场中，其运动轨迹如图实线KLMN所示，由图可知（
）
粒子从K到L的过程中，电场力做负功
粒子从L到M的过程中，电场力做负功
粒子从K到L的过程中，电势能增加
粒子从L到N的过程中，动能减少
AC
6.如图所示，虚线方框内为一匀强电场，A、B、C为该电场中的三个点．已知φA＝12
V，φB＝6
V，φC＝－6
V．试在该方框内作出该电场的示意图(即画出几条电场线)，并要求保留作图时所用的辅助线．
寻求电势相等的点即可确定等势面，因φB＝6
V，φC＝－6
V，由匀强电场的特点电势均匀分布知，在BC连线的中点O处的电势必为0；同理，在AC线段上找一个电势为0的点，把AC线段等分成三份，在等分点O′处的电势也必为0.连结OO′即为该电场中的一条等势线，根据电场线与等势线垂直，可以画出电场中的电场线，如图所示
三、尖端放电
导体尖端附近的电场特别强，它会导致一个重要的后果，就是尖端放电。例如在导体尖端附近放一根点燃的蜡烛。当我们不断给导体充电的时候，火焰就好像被风吹动一样朝背离尖端的方向偏移。这就是尖端放电引起的后果。
在强电场作用下，物体曲率大的地方(如尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处)附近，等电位面密，电场强度剧增，致使这里空气被电离而产生气体放电现象，称为电晕放电．而尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象
1、导体电荷分布特点：表面具有凸出尖端的带电导体，在尖端处的电荷分布密度很大
2、尖端放电：
带电较多的导体，在尖端部位，场强可以大到使周围的空气发生电离而引起放电的程度，这就是尖端放电现象
3、尖端放电的应用：
避雷针
尖端放电
使用避雷针