专题57静电场能量(解析版)-2013高考一轮复习知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练
2023 高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练
第十一章 静电场
专题 57 静电场能量
第一部分 知识点精讲
一、静电力做功和电势能
1.静电力做功
静电力做功与路径无关,只与电荷量和电荷移动过程始、末位置间的电势差有关。
【特别提醒】电场力做功的特点与重力做功的特点类似。
2.电势能
(1)定义:电荷在电场中具有的势能,称为电势能。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。
【特别提醒】零势能位置的选取是任意的,但通常选取大地或无穷远处为零势能位置。
(2)说明:电势能具有相对性,通常把无穷远处或大地的电势能规定为零。
3.静电力做功与电势能变化的关系
(1)关系式:WAB=EpA-EpB。
【特别提醒】电势能的变化特点与重力势能的变化特点类似。
(2)静电力对电荷做多少正功,电荷电势能就减少多少;电荷克服静电力做多少功,电
荷电势能就增加多少。
二、电势和等势面
1.电势
(1)定义式:φ=。
(2)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)。
(3)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。
2.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
① 等势面一定与电场线垂直。
② 在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。
③ 电场线方向总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。
【特别提醒】沿着电场线的方向,电势降低最快。
④ 等差等势面越密的地方电场强度越大,反之越小。
三、电势差
1.定义式:UAB=。
推导过程为 WAB=EpA-EpB=qφA-qφB=q(φA-φB)=qUAB。
2.电势差与电势的关系
UAB=φA- φ B,UAB=-UBA。
四.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=。
公式 U=Ed 的适用范围:匀强电场。
2.应用公式 E=的两点注意
(1)只适用于匀强电场(对于非匀强电场可以用于定性分析)。
(2)d为某两点沿电场方向上的距离(或者为两点连线在电场方向上的投影、或者为两点
所在等势面之间的距离)。
3.由E=可推出的三个重要推论
推论 1:电场强度的方向是电势降低最快的方向。
推论 2:匀强电场中的任一线段 AB 的中点 C的电势 φC=,如图甲所示。
推论 3:匀强电场中若两线段 AB∥CD,且=,则 UAB=UCD(或φA-φB=φC-φD),如
图乙所示。
4.“等分法”找等势点和求场强的思路
(1)等分法:在匀强电场中,把某两点间的距离等分为 n段,则每段两端点的电势差等
于两点间电势差的(如图所示),采用这种等分间距求某点电势的方法,叫做等分法。
(2)解题思路
5. E=在非匀强电场中的“妙用”
(1)结合等差等势面的疏密判断电场强度大小:当电势差 U一定时,等差等势面越密,
则沿电场方向的距离 d越小,电场强度 E=越大;反之,则 E越小。
(2)结合电场线的疏密定性判断非匀强电场中两点间电势差的大小:距离相等的两点间
电场线分布越密,平均场强 E越大,则电势差 U越大,如图甲所示,AB=BC,则有 UAB>
UBC;平均场强 E越小,则电势差 U越小,如图乙所示,AB=BC,则有 UAB <UBC
五.电势高低的判断
判断依据 判断方法
电场线方向 沿电场线方向电势逐渐降低
场源电荷的正负
取无穷远处电势为零,正电荷周围电势为正值,负电荷周围电势为负
值;靠近正电荷处电势高,靠近负电荷处电势低
电场力做功
根据 UAB=,将 WAB、q的正负号代入,由 UAB 的正负判断 φA、φB的高
低
六.电势能大小的判断
判断方法 方法解读
公式法
将电荷量、电势连同正负号一起代入公式 Ep=qφ,正 Ep的绝对值越大,电
势能越大;负 Ep的绝对值越大,电势能越小
电势法
正电荷在电势高的地方电势能大
负电荷在电势低的地方电势能大
做功法
电场力做正功,电势能减小
电场力做负功,电势能增加
能量守恒法
在电场中,若只有电场力做功时,电荷的动能和电势能相互转化,动能增
加,电势能减小,反之,动能减小,电势能增加
7.电场力做功
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