第2章　第2节　电势与等势面—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理必修三课件（29张PPT）

第2节　电势与等势面
必备知识
自我检测
一、电势
1.定义:电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量之比。
3.单位:伏特,符号是V。
4.特点
(1)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。
(2)标量性:电势是标量,只有大小,没有方向,但有正、负。
5.与电场线的关系:沿电场线方向电势逐渐降低。
必备知识
自我检测
二、等势面
1.定义:电场中电势相等的点构成的面。
2.等势面的特点
(1)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功(选填“做功”或“不做功”)。
(2)等势面一定跟电场线垂直,即跟电场强度的方向垂直。
(3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。
(4)两不同等势面不相交。
必备知识
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1.正误判断。
(1)某电场中,A点的电势φA=3 V,B点的电势φB=-4 V,则φA>φB。(　　)
解析:电势是标量,正负表示电势的大小,所以φA>φB。
答案:√
(2)根据电势的定义式φ= 可知,电荷q的电荷量越大,电势越低。(　　)
解析:电势是电场本身的属性,定义式中q为试探电荷,电势与试探电荷q无关。
答案:×
必备知识
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(3)电荷在电势越高的位置电势能越大。(　　)
解析:正电荷在电势越高处电势能越大,负电荷在电势越高处电势能越小。
答案:×
(4)电荷在等势面上移动时,由于不受电场力的作用,所以电场力不做功。(　　)
解析:电荷在等势面上移动时,受电场力的方向与运动方向垂直,电场力不做功。
答案:×
(5)等势面是实际存在的面。(　　)
解析:等势面是人为将电势相等的各点连成的面,实际不存在。
答案:×
必备知识
自我检测
2.关于静电场中某点电势的正、负,以下说法中正确的是(　　)
A.电势的正、负取决于把电荷从零电势点移动到该点的过程中电场力所做功的正、负
B.电势的正、负取决于场源电荷的正、负,若该点处在正电荷周围的静电场中,其电势一定为正,与零电势点的选取无关
C.电势的正、负取决于零电势点的选取,负电荷形成的电场中某点的电势也可能为正
D.电势的正、负取决于该点所放试探电荷的正、负
必备知识
自我检测
解析:对于某一确定的静电场而言,其中各点电势的高低分布是确定的,与该点放不放电荷,所放电荷的电性及电荷量均无关,故选项A、D错误;由于电势具有相对性,电场中某一点电势的正、负与零电势点的选取有关,故选项B错误,C正确。
答案:C
探究一
探究二
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对电势的理解及电势高低的判断
情境探究
如图所示的匀强电场,电场强度为E,取O点为零电势能点,A点距O点为l,AO连线与电场线的夹角为θ。
(1)电荷量分别为q和2q的试探电荷分别放在A点时所具有的电势能为多少?
(2)电势能与电荷量的比值各是多少?
探究一
探究二
随堂检测
要点提示:(1)由EpA-EpO=WAO=Eqlcos θ知,电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos θ、2Eqlcos θ;(2)电势能与电荷量的比值相同,都为Elcos θ。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.对电势的理解
特　点
理　　解
相对性
电势是相对的,电场中某点的电势大小与零电势点的选取有关。通常将离场源电荷无穷远处,或地球表面选为零电势点
固有性
电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的,与在该点是否放有电荷及所放电荷的电荷量和电势能均无关
标量性
(1)电势是只有大小、没有方向的标量;
(2)在规定了零电势点后,电场中各点的电势可能是正值,也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势;负值表示该点的电势低于零电势;
(3)电势的正负只表示大小,不表示方向
探究一
探究二
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探究一
探究二
随堂检测
2.电势高低的判断方法
判断角度
判断方法
依据电场线方向
顺着电场线的方向电势越来越低
依据静电力做功
在两点间移动正电荷,如果静电力做正功,则电势降低;如果静电力做负功,则电势升高。在两点间移动负电荷,如果静电力做正功,则电势升高;如果静电力做负功,则电势降低
依据场源电荷的正负
取无限远处电势为0,正(负)电荷周围电势为正(负),靠近正(负)电荷处电势高(低)
依据电势能的大小
正电荷在电势较高处电势能较大,负电荷在电势较低处电势能较大
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1将一个正电荷从无穷远移入电场中的M点,电势能减少8.0×10-9 J;若将另一个等量的负电荷从无穷远移入电场中的N点,电场力做负功为9.0×10-9 J,则下列选项正确的是(　　)
A.φM<φN<0 B.φM>φN>0
C.φN<φM<0 D.φN>φM>0
答案:C
探究一
探究二
随堂检测
规律方法利用φ= 计算电势时,一定将三个物理量的正、负号都代入运算。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1如图所示的电场中有A、B两点,下列判断正确的是(　　)
A.电势关系为φA>φB,电场强度大小关系为EA>EB
B.电势关系为φA<φB,电场强度大小关系为EA C.将电荷量为q的正电荷从A点移到B点,电场力做负功,电势能增大
D.将电荷量为q的负电荷分别放在A、B两点,电荷具有的电势能关系为EpA探究一
探究二
随堂检测
解析:由题图可知,B点的电场线密,A点的电场线疏,因此B点的电场强度大,即EAEpA,故D正确。
答案:D
探究一
探究二
随堂检测
等势面
情境探究
如图所示,是我们在地理上学到的等高线的表示方法,类比到电场中,我们用什么表示电场中电势相等的各点呢?
要点提示:等势面(线)。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.等势面的定义:电场中电势相等的点构成的面。
2.等势面的特点
(1)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功。
(2)电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。
(3)两个不同的等势面永不相交。
(4)等差等势面中,等势面密的地方电场较强。
探究一
探究二
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3.几种常见电场的等势面(如图中虚线所示)
探究一
探究二
随堂检测
(1)点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面。
(2)等量异号点电荷的等势面:点电荷的连线上,从正电荷到负电荷电势越来越低,两点电荷连线的中垂线是一条等势线。
(3)等量同号点电荷的等势面
①等量正点电荷连线的中点电势最低,两点电荷连线的中垂线上该点的电势最高,从中点沿中垂线向两侧,电势越来越低。
②等量负点电荷连线的中点电势最高,两点电荷连线的中垂线上该点的电势最低,从中点沿中垂线向两侧,电势越来越高。
(4)匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2一个带电粒子在匀强电场中运动的轨迹如图中曲线AB所示,平行的虚线a、b、c、d表示该电场中的四个等势面。不计粒子重力,下列说法中正确的是(　　)
A.该粒子一定带正电
B.四个等势面中a等势面的电势一定最低
C.该粒子由A到B过程中动能一定逐渐减小
D.该粒子由A到B过程中电势能一定逐渐减小
探究一
探究二
随堂检测
解析:电场线与等势面垂直,所以电场线沿竖直方向,从粒子运动轨迹可知,电场力竖直向上。不知φ的高低无法确定电场线方向,也无法确定带电粒子的电性,故A、B错误;由A到B,据F电与v的夹角为锐角,确定电场力F做正功,粒子动能增大,电势能减小,故C错误,D正确。
答案:D
规律方法等势面和电场线关系的应用
(1)已知等势面的情况,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。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练2某电场中的等势面如图所示,下列关于该电场的描述正确的是(　　)
A.负电荷在A点的电势能比在B点的电势能大
B.负电荷在A点的电势能比在C点的电势能大
C.电荷沿等势面AB移动的过程中,静电力始终不做功
D.正电荷由A移动到C,静电力做负功
解析:负电荷在电势越高的位置电势能越小,B错误;沿等势面移动电荷,静电力不做功,负电荷在A、B两点处的电势能相同,A错误,C正确;正电荷由A移动到C,静电力做正功,D错误。
答案:C
探究一
探究二
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1.(多选)关于电势,下列说法正确的是(　　)
A.电场中某点的电势,其大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时,电场力所做的功
B.电场中某点的电势与零电势点的选取有关
C.由于电势是相对的,所以无法比较电场中两点的电势高低
D.电势是描述电场能的性质的物理量
解析:由电势的定义可知选项A正确;由于电势是相对的,电势的数值与零电势点的选取有关,故选项B正确;虽然电势是相对的,但两点的电势的高低是绝对的,选项C错误;电势与电势能相联系,它是描述电场能的性质的物理量,故选项D正确。
答案:ABD
探究一
探究二
随堂检测
2.关于静电场,下列说法正确的是(　　)
A.负电荷沿电场线方向移动时,电势能增加
B.负电荷沿电场线方向移动时,电势能减少
C.电场强度大的位置电势一定高,电场强度小的位置电势一定低
D.电场强度为零的点,电势一定为零
解析:负电荷沿电场线方向移动时,电场力做负功,电势能增加,故A正确,B错误;电场强度与电势大小没有直接的关系,则电场强度大的位置电势不一定高,电场强度小的位置电势不一定低,电场强度为零的点,电势可能为零,也可能不为零,故C、D错误。
答案:A
探究一
探究二
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3.(多选)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点的电势高于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.若将一正试探电荷由d点移动到e点,试探电荷的电势能增加
探究一
探究二
随堂检测
解析:电场线从M指向N,而沿电场线方向电势降低,所以d点的电势高于f点的电势,选项A正确;d点和e点在同一条等势线上,所以两点电势相等,选项B正确;若将一负试探电荷沿直线由d点移动到f点过程中,静电力方向与运动方向夹角为钝角,所以静电力一直做负功,选项C错误;若将一正试探电荷由d点移动到e点,静电力做功为零,电势能不变,选项D错误。
答案:AB
探究一
探究二
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4.(2019~2020学年河南周口高二上期末)在如图所示的点电荷的电场中,一试探电荷从A点分别移动到B、C、D、E各点,B、C、D、E在以Q为圆心的同一圆周上,则电场力(　　)
A.从A到B做功最大 B.从A到C做功最大
C.从A到E做功最大 D.做功一样大
解析:据题意知,B、C、D、E都在以Q为圆心的同一圆周上,而此圆周是一个等势线,4个点的电势相等,电荷在4个点的电势能相等,从A点到4个点电势能变化相同,根据电场力做功与电势能变化的关系得电场力做功相同,D正确。
答案:D