2020-2021学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册2.2电势与等势面课件40张PPT

(共40张PPT)
第2章　电势能与电势差
第2节　电势与等势面
课标解读
课标要求
素养形成
1.了解电势的含义
2.能依据等势线与电场线的关
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
运用等势线模型解决问题,了解
类比推理的方法
3.科学态度与责任: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
精读教材·必备知识
情境导学
1.类比下图两种情况:
通过类比可见,若用图中的?,或图中的?,对某一固定位置,它们的值都是固
定的。
如何来表征这个相同的量呢?
提示:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,是由电场中这点的
位置决定的,跟试探电荷本身无关。
2.地图中常用等高线来表示地势的高低,那么,是否能用类似的方法来表示电
势的高低?
提示:能,电势相同的各点构成等势面。
必备知识
新知梳理
一、电势
1.电势
(1)定义:电荷在电场中某点的　　　　　????与它的电荷量的　　　　　????。
(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。
电势能
比值
电场本身
无关
(4)标矢性:标量只有　　　　　????,没有方向,但有　　　　　????、　　　????
　????之分。
(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
况下取离场源电荷无穷远或大地为零电势点。
2.电势与电场线的关系:沿着电场线的方向,电势　　　　　????。
二、等势面
1.等势面:电场中电势　　　　　????的点构成的面叫作等势面。
大小
正
负
降低
相等
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
思维诊断
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。?(　　)
?
?
√
?
√
要点一　电势的特点及分析
互动探究·关键能力
情境探究
如图所示,有一个场强为E的匀强电场,规定负极板的电势能为零(极板接
地)。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:
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
电荷在点A具
有的电势能EpA
q0Ed
电荷在点A具
有的电势能与
电荷量之比
?
Ed
通过分析表格,总结出怎样的结论?
提示: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。
2.电势能与电势的区别与联系
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
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
特别提醒
计算电势的大小,要先规定一个零电势点,否则就无任何意义。
题组过关
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
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。
针对训练1　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.-W,?　????B.W,-?　????C.W,?　????D.-W,-?
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。
要点二　等势面的特点及应用
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?
情境探究
提示:电势能不变,静电力做功为零,等势面与电场线垂直。
知识深化
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。
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
?
两点电荷连线上,中点电势最低,
而在中垂线上,中点电势最高
题组过关
典例2????(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
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。
针对训练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。
评价检测·素养提升
课堂检测
1.如图所示,Q是带正电的点电荷,P1、P2为其产生的电场中的两点,若E1、E2
分别为P1和P2两点处的电场强度的大小,φ1、φ2分别为P1和P2两点处的电势,则
?(　　)
A.E1>E2,φ1>φ2　　　　　　　????
B.E1>E2,φ1<φ2
C.E1φ2　　　　　　　????
D.E1A
解析　由正电荷周围电场线的特点可知E1>E2,沿电场线方向电势逐渐降低,
可知φ1>φ2,选项A正确。
2.将一正电荷从无穷远处移入电场中的M点,电势能减少了8.0×10-9
J,若将另
一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点,电势能增加了9.0×10-9
J,取无
限远处的电势为零,则下列判断中正确的是?(　　)
A.φM<φN<0　　　　　　　????B.φN>φM>0
C.φN<φM<0　　　　　　　????D.φM>φN>0
解析　正电荷在M点的电势能为EpM=-8×10-9
J,负电荷在N点的电势能为EpN=
9×10-9
J。由φ=?知,M点的电势φM=?=?
V<0,N点的电势φN=?=
?
V<0,且|φN|>|φM|,即φN<φM<0,故C正确。
C
3.如图,实线为一正点电荷的电场线,虚线为其等势面。A、B是同一等势面上
的两点,C为另一等势面上的一点,下列判
断正确的是?(　　)
A.A点场强与B点场强相同
B.C点电势高于B点电势
C.将电子从A点移到B点,静电力不做功
D.将质子从A点移到C点,其电势能增加
C
解析????A、B两点的场强大小相等,方向不同,A错误;B点电势高于C点电势,B
错误;A、B在同一等势面上,将电子从A点移到B点,电势能不变,静电力不做
功,C对;由于φA>φC,质子带正电,故将质子由A点移到C点,其电势能减少,D错
误。
物理现象或物理过程如果可以用图示的方法直观形象地描述,会更便于物理
问题的理解与解决。有的物理现象看不见摸不着,但可以用模拟图示法把客
观的物理现象进行模拟还原作图,能形象直观地反映物理规律;有的物理过程
比较复杂,用图示法可以客观、形象地简洁描述其物理过程。
电场是客观存在的,但电场线与等势面是假想虚拟的,它们可以直观、形象地
描述出静电力的性质与能的性质。
创新视野
1.如图所示,a、b两点位于以点电荷-Q(Q>0)为球心的球面上,c点在球面外,则
?(　　)
A.a点电场强度的大小比b点大
B.b点电场强度的大小比c点小
C.a点电势比b点高
D.b点电势比c点低
D
解析　负的点电荷电场的电场线和等势面分布如图(过点电荷的截面图),
由图可知同一球面的电势相等,电场强度大小相等。沿着电场方向,电势逐渐
降低,靠近点电荷的电场线较密,电场强度较大,故D正确。
?
2.(多选)如图所示,竖直面内一绝缘细圆环的上、下半圆分别均匀分布着等
量异种电荷。a、b为圆环水平直径上的两个点,c、d为竖直直径上的两个点,
它们与圆心的距离均相等。则?(　
　)
A.a、b两点的电场强度相等　　　　　　　????
B.a、b两点的电势相等
C.c、d两点的电场强度相等　　　　　　　????
D.c、d两点的电势相等
ABC
解析　如图所示为等量异种电荷周围空间的电场分布图。带电圆环,可
拆解成这样无数对等量异种电荷的电场,沿竖直直径平行放置。
它们有共同的对称轴PP',PP'所在的水平面与每一条
电场线都垂直,即等势面,延伸到无限远处,电势为零。
故在PP'上的点电势为零,即φa=φb=0;而从M点到N点,
电势一直在降低,即φc>φd,故B正确,D错误;上下两侧
电场线分布对称,左右两侧电场线分布也对称,由电
场强度的叠加原理可知A、C正确。