《高三物理寒假讲义》专题17 电场能的性质（讲义）

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专题 17 电场能的性质（讲义）
一、核心知识
1．电势能、电势、等势面
(1)电势能
① 电场力做功的特点
电场力做功与路径无关，只与初、末位置有关．
② 电势能
a．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电场力所做的功．
b．电场力做功与电势能变化的关系：电场力做的功等于电势能的减少量，即
WAB
＝
E
p
A
－
E
p
B
＝－Δ
E
p.
(2)电势
① 定义：试探电荷在电场中某点具有的电势能
E
p与它的电荷量
q
的比值．
② 定义式：
φ
＝.
③ 矢标性：电势是标量，有正、负之分，其正(负)表示该点电势比零电势高(低)．
④ 相对性：电势具有相对性，同一点的电势因选取零电势点的不同而不同．
(3)等势面
① 定义：电场中电势相等的各点组成的面．
② 四个特点
a．等势面一定与电场线垂直．
b．在同一等势面上移动电荷时电场力不做功．
c．电场线方向总是从电势高的等势面指向电势低的等势面．
d．等势面越密的地方电场强度越大，反之越小．
2．电势差
1
(1)定义：电荷在电场中，由一点
A
移到另一点
B
时，电场力做功与移动电荷的电荷量的比值．
(2)定义式：
UAB
＝.
(3)电势差与电势的关系：
UAB
＝
φA
－
φB
，
UAB
＝－
UBA
.
(4)影响因素：电势差
UAB
由电场本身的性质决定，与移动的电荷
q
及电场力做的功
WAB
无关，与零电势
点的选取无关．
3．电势高低的判断方法
判断方法 具体应用
依据电场
线方向
沿电场线的方向电势逐渐降低，电场线由电势高的等势面指
向电势低的等势面
依据电场
力做功
正电荷只在静电力作用下且初速度为零，由高电势向低电势
移动，负电荷相反．静电力对正电荷做正功，正电荷一定从
高电势向低电势移动，负电荷相反
依据电势
能大小
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
依据场
源电荷
的正、负
取无穷远处为零电势点，正电荷周围电势为正值，且离正电
荷越近电势越高；负电荷周围电势为负值，且离负电荷越近
电势越低
4.电势能大小的判断方法
判断方法 具体应用
根据电场线
的方向判断
① 正电荷顺着电场线运动电势能减小
② 负电荷顺着电场线运动电势能增加
根据做
功判断
① 静电力做正功，电势能必减小
② 静电力做负功，电势能必增加
根据公 由
E
p＝
qφ
知，正电荷，电势越高，电势能越大；负电荷，电
2
式判断
势越高，电势能越小
根据能量
守恒判断
在电场中，若只有静电力做功时，电荷的动能和电势能相互转
化，动能增加，电势能减小，反之，电势能增加
5．匀强电场中电势差与电场强度的关系
(1)电势差与电场强度的关系：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场线方向的距
离的乘积．即
U
＝
Ed
，也可以写作
E
＝.
(2)公式
U
＝
Ed
的适用范围：匀强电场．
(3)
U
＝
Ed
，其中
d
为电场强度方向上的有效长度；若
UAB
＝±
Ed
，应通过电势高低提前预判电势差的正
负．
(4)沿电场强度的方向电势降落得最快．
(5)在同一直线上或相互平行的两条直线上，两线段的长度之比等于其电势差之比．
(6)由
E
＝可推出的两个重要推论
推论 1：如图(甲)所示，匀强电场中任一线段
AB
的中点
C
的电势等于两端点电势的平均值，即
φC
＝.
推论 2：如图(乙)所示，若匀强电场中两线段
AB
＝
CD
且
AB
∥
CD
，则
UAB
＝
UCD
.
(7)
E
＝在非匀强电场中的几点妙用
① 解释等差等势面的疏密与电场强度大小的关系，当电势差
U
一定时，电场强度
E
越大，则沿电场强
度方向的距离
d
越小，即电场强度越大，等差等势面越密．
② 定性判断非匀强电场电势差的大小关系，如距离相等的两点间的电势差，
E
越大，
U
越大；
E
越小，
U
越小．
3
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