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1、三教上人（A+版-Applicable Achives）电势能和电势、电势差编稿：周军 审稿：李勇康【学习目标】1 类比重力场理解静电力做功、电势能的变化、电势能的确定方法；2 理解电势的定义以及电势差的意义，会比较两点电势的高低；3 理解电势对静电场能的性质的描述和电势的叠加原理；4 明确场强和电势的区别与联系以及对应的电场线和等势面之间的区别和联系。【要点梳理】要点一、静电力做功的特点在电场中将电荷q从A点移动到B点，静电力做功与路径无关，只与A、B两点的位置有关。说明：（1）静电力做功的特点不仅适用于匀强电场，而且适用于任何电场；（2）只要初、末位置确定了，移动电荷q做的功就是WAB就是
2、确定值。要点二、电势能要点诠释： (1)定义电荷在电场中具有的势能叫电势能。类似于物体在重力场中具有重力势能。用表示。(2)静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功就等于电势能的减少量,即。即静电力做多少正功,电荷电势能一定减少多少；静电力做多少负功,电荷电势能一定增加多少。（3）电势能的大小零势点及选取和计算重力势能一样，电势能的计算必须取参考点，也就是说，电势能的数值是相对于参考位置来说的。所谓参考位置，就是电势能为零的位置，参考位置的选取是人为的，通常取无限远处或大地为参考点。电势能的计算设电荷的电场中某点A的电势能为，移到参考点O电场力做功为WAO，即，规定O为参考点时，就有，也就是说
3、电荷在电场中某点的电势能等于将这个电荷从电场中的该点移到零势点的过程电场力所做的功。(4)电势能与重力势能的类比重力势能电势能（1）重力做功与路径无关，只与始末位置有关，引出了重力势能（1）电场力做功与路径无关，只与始末位置有关，引出了电势能（2）重力做功是重力势能转化为其他形式的能的量度（2）电场力做功是电势能转化为其他形式的能的量度（3）（3）（4）重力势能的数值具有相对性，可以是正值，也可以是负值。（4）电势能的数值具有相对性，可以是正值，也可以是负值要点三、电势要点诠释： (1)定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,叫做这一点的电势,用表示。 电势是表征电场中某点能的性质
4、的物理量，仅与电场中某点性质有关，与电场力做功的值及试探电荷的电荷量、电性无关。（2）定义式: （3）单位：电势的单位是伏特（V），1V=1J/C（4）电势高低与电场线的关系：沿电场线方向，电势降低。要点四、等势面要点诠释： (1)定义:电场中电势相同的各点构成的面,叫做等势面。（2）等势面的特点： 在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，电场力不做功；电场线跟等势面一定垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面；等势面越密，电场强度越大；等势面不相交，不相切。（3）几种电场的电场线及等势面孤立正点电荷：等量异种电荷： 等量同种电荷:匀强电场:注意：等量同种电荷连线和中线上连
5、线上：中点电势最小中线上：由中点到无穷远电势逐渐减小，无穷远电势为零。等量异种电荷连线上和中线上连线上：由正电荷到负电荷电势逐渐减小。中线上：各点电势相等且都等于零。要点五、电势差要点诠释：1定义：电荷q在电场中A、B两点间移动时，电场力所做的功WAB跟它的电荷量q的比值，叫做A、B间的电势差，也叫电压2.公式：3.单位：伏(V)4电势差与电势的关系：，电势差是标量，可以是正值，也可以是负值。【典型例题】类型一：静电力做功的特点例1、如图所示，在场强为E的匀强电场中有相距为L 的A、B两点，连线AB与电场线的夹角为，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点。若沿直线AB移动该电荷，电场力做的功W1
6、_；若沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功W2_；若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做的功W3_。由此可知，电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是_。【答案】；与路径无关，只与初末位置有关【解析】由功的定义式可得，电场力所做的功等于电场力与电荷在电场力方向的分位移的乘积。由图可以看出无论电荷沿哪个路径移动，电场力的方向总是水平向左的，电场力方向的分位移都是，所以电场力做的功都是，即电场力做功的特点是与路径无关，只与初末位置有关。【总结升华】电场力做功的大小，与路径无关，只与初末位置有关，这是场力（重力、电场力）做功的一大特点。举一反三【变式】如图所示，光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正电荷为圆心的某
7、一圆周交于B、C两点，质量为m，带电量为-q的有孔小球从杆上A点无初速度下滑,AB=BC=h,到B点时的速度大小为。求:（1）小球由A到B过程中电场力做的功；（2）AC两点的电势差。【答案】 【解析】 因为Q是点电荷，所以以Q为圆心的圆面是一个等势面，这是一个重要的隐含条件。由A到B过程中电场力是变力，所以不能直接用来解，只能考虑应用功能关系。（1）因为杆是光滑的，所以小球从A到B过程中只有两个力做功：电场力的功WAB和重力的功mgh，由动能定理得：代入已知条件得电场力做功（2）因为B、C在同一个等势面上,所以，即由 得 类型二：电势高低及电势能大小的判断例2、如图所示，xOy平面内有一匀强电
8、场，场强为E，方向未知，电场线跟x轴的负方向夹角为，电子在坐标平面xOy内，从原点O以大小为v0方向沿x正方向的初速度射入电场，最后打在y轴上的M点电子的质量为m，电荷量为e，重力不计则（)A、O点电势高于M点电势B、运动过程中电子在M点电势能最大C、运动过程中，电子的电势能先减少后增加D、电场对电子先做负功，后做正功【答案】D【解析】由电子的运动轨迹知，电子受到的电场力方向斜向上，故电场方向斜向下，M点电势高于O点，A错误，电子在M点电势能最小，B错误，运动过程中，电子先克服电场力做功，后电场力对电子做正功，故C错误，D正确。【总结升华】1比较电势高低的方法(1)沿电场线方向，电势越来越低(
9、2)判断出的正负，再由，比较的大小，若，则，若，则。2电势能大小的比较方法(1)做功判断法电场力做正功时电势能减小；电场力做负功时电势能增大(对正、负电荷都适用)。(2)依据电势高低判断正电荷在电势高处具有的电势能大，负电荷在电势低处具有的电势能大。举一反三【变式1】关于电势与电势能的说法正确的是（ ）A、电荷在电场中电势高的地方电势能大B、在电场中的某点，电量大的电荷具有的电势能比电量小的电荷具有的电势能大C、正电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能大D、负电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能小【答案】CD【解析】正电荷在电势高处的电势能比电势低处的电势
10、能大，负电荷则反之，所以A错当具有电势为正值时，电量大的电荷具有的电势能大于电量小的电荷具有的电势能，当电势为负值，恰好相反，所以B错正电荷形成的电场中，电势为正值，这样电势与正电荷的电量来积为正值，而负电荷在正电荷形成的电场中电势能为负值，因此C正确负电荷形成的电场中，电势为负值，因而正电荷具有的电势能为负值，负电荷具有的电势能为正值，所以D正确 【变式2】如图所示,固定在Q点的正点电荷的电场中有MN两点,已知,下列叙述正确的是( )A、若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则电场力对该电荷做功,电势能减少B、把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则该电荷克服电场力做功,电势能增加C、把一负的
11、点电荷从M点沿直线移到N点,则电场力对该电荷做功,电势能减少D、若把一负的点电荷从M点移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点,则该电荷克服电场力做的功等于电场力对该电荷所做的功,电势能不变【答案】AD【高清课程：电势和电势能】【变式3】一个正电荷从无穷远处（电势为0）移入电场中的M 点，电场力做功8.010-9焦耳，若将另一个等量的负电荷从无穷远处移入同一电场中的N点，必须克服电场力做功9.010-9焦耳，则M、N两点的电势大小的关系是( )ANM0 B0MN CMN0 D0NM【答案】A类型三：电场力做功及电场中的功能关系例3、如图所示，竖直向上的匀强电场中，绝缘轻质弹簧竖直立于水平地面上，
12、上面放一质量为的带正电小球，小球与弹簧不连接，施加外力将小球向下压至某位置静止现撤去，小球从静止开始运动到离开弹簧的过程中，重力、电场力对小球所做的功分别为和，小球离开弹簧时速度为，不计空气阻力，则上述过程中()A、小球与弹簧组成的系统机械能守恒B、小球的重力势能增加C、小球的机械能增加D、小球的电势能减少【答案】BD【解析】本题考查势能大小和机械能守恒由于电场力做正功，故小球与弹簧组成的系统机械能增加，机械能不守恒，故A选项错误；重力做功是重力势能变化的量度，由题意知重力做负功，重力势能增加，故B选项正确；小球增加的机械能在数值上等于除重力和弹力外，外力所做的功即W2.故C选项错误；根据电场
13、力做功是电势能变化的量度，电场力做正功电势能减少，电场力做负功电势能增加，故D选项正确【总结升华】电场中的功能关系1功能关系(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变；(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变；(3)除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化；(4)所有力对物体所做的功，等于物体动能的变化。2带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断(1)粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向，粒子受力方向一定沿电场线指向轨迹凹侧；(2)电场力与速度方向间夹角小于90，电场力做正功；夹角大于90，电场力做负功。3.电场力做功的计算方法(1)由公式计算，此公式只适
14、用于匀强电场，可变形为(2)由来计算，此公式适用于任何形式的静电场(3)由动能定理来计算：(4)由电势能的变化计算：举一反三【变式1】 图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0。一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26 eV和5 eV。当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为8 eV，它的动能应为（ ）A、8 eV B、13 eV C、20 eV D、34 eV【答案】C【解析】等势面3的电势为零，则电势能也为零。由于两相邻等势面的电势差相等，又知，则a点的电势能可表示为（U为相邻两等势面的电势差），b点的电势能可表示为。由于总的能量守恒，则有：即 解得则总能量为当电势能为时，动能。【高清课程：电势和电势能】【变式2】一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图中虚线所示，电场方向竖直向下,若不计空气阻力，则此带电油滴从a运动到b的过程中，能量变化情况为（ ）A动能减小B电势能增加C动能和电势能之和减小D重力势能和电势能之和增加【答案】C【高清课程：电势和电势能】【变式3】在某一电场中，沿路径abc移动一电子时，电场力做功分别为Wab=-4eV，Wbc=+2eV，则三点电势大小关系为 ，电势最高点与最低点的电势差为 。若将
