高中物理第2章电场与示波器2_3研究电场的能的性质二学案沪科版选修3-126页

2.3　研究电场的能的性质(二)
学习目标 重点难点
1．知道电势的概念及电势和电势能的相互关系。
2．记住等势面的概念及等势面和电场线的关系。
3．掌握匀强电场中电势差跟电场强度的关系 UAB
＝Ed，并能用公式解决有关问题。
重点：电势的概念，等势面与电
场线的关系，电势差与电场强度
的关系。
难点：电势概念的理解。
1．电势
(1)定义：电荷在电场中某点的电势能跟其电荷量的比值，叫做该点的电势。
(2)定义式：φM＝
EpM
q
。
(3)单位：伏特，符号 V。
(4)标量：没有方向，只有大小，但有正负，表示比零点高或比零点低。
(5)物理意义：描述电场的能的性质的物理量。
(6)电势差与电势的关系：UAB＝φA－φB，电场中某点的电势等于该点与零点的电势差。
(7)电势的相对性：某点的电势的大小跟零电势点的选择有关，常取离电荷无限远处的
电势为零；在实际应用中，常常取大地的电势为零。
预习交流 1
在应用公式φ＝
Ep
q
计算时，各物理量的符号应如何处理？
答案：计算时将各量的正、负号代入公式，并根据结果的正、负号进行判断，例如：一
个电荷量 q＝－1.0×10－5 C的电荷，放在电场中 A点所具有的电势能 EpA＝－2.0×10－4 J，
则电场中 A点的电势φA＝
EpA
q
＝
－2.0 × 10－4
－1.0 × 10－5
V＝20 V。
2．电场中的等势面
(1)定义：物理学中把电场中电势相等的点构成的线(面)叫做等势线(面)。
(2)性质：在同一等势线(面)上移动电荷，电场力不做功。
(3)处在静电平衡的导体：导体表面是一个等势面，导体是一个等势体。导体表面处的
电场线与表面垂直。
(4)常见电场的等势面：点电荷的电场的等势面是一簇球面；匀强电场的等势面是一簇
平面。
预习交流 2
如图所示是形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面，靠近导体的等势面形状和导
体外表面相似，远离导体的等势面接近圆形，试解释上述事实。

答案：导体表面是等势面，故靠近导体的等势面形状和导体外表面相似。远离导体时，
可把导体看成点电荷，故远离导体的等势面接近圆形。
3．电势差与电场强度的关系
(1)公式：U＝Ed，表明在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点
间距离的乘积。
(2)公式：E＝
U
d
，表明在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿场强方向每单位距离上
的电势差。
预习交流 3
如图所示为匀强电场中的一组等势面，若 A、B、C、D相邻两点间的距离都是 2 cm，则
该电场的场强为______；到 A点距离为 1.5 cm 的 P点的电势为______；该电场的场强方向
为______。
答案：由图知 d＝ABsin60°＝ 3 cm，电场强度为 E＝
U
d
＝
10
3 × 10－2
V/m＝
3
3
×103
V/m，P 点的电势由
－10 V
AB
＝
φP－0
PB
得：φP＝－2.5 V。场强的方向是垂直等势面指向左上
方，与 AD成 30°夹角。
一、电势
(1)高度差即高度的差，电势差也即电势的差值，那么如何定义电场中各点的电势呢？
(2)在电场中沿电场线方向移动电荷，电场力要做功，电势将如何变呢？
答案：(1)电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的比值叫做该点的电势，即 φ＝
Ep
q
。
(2)若沿电场线方向将正电荷由 A点移动到 B点，电场力做正功，UAB＝
WAB
q
＞0，φA－φB
＞0，所以 φA＞φB。同理，沿电场线移动负电荷，电势也降低。因此沿着电场线的方向，
电势越来越低。

在静电场中，把一个电荷量 q＝2.0×10－5 C 的负电荷由 M 点移到 N 点，电场力做功
6.0×10－4 J，由 N点移到 P点，电场力做负功 1.0×10－3 J，则 M、N、P三点电势高低关系
是________。
答案：φN＞φM＞φP
解析：首先画一条电场线，如图所示，在中间位置附近的一点作为 M 点，因为由 M→N
电场力做正功，即沿着电场力移动，而负电荷受电场力与场强方向相反，则可确定 N点在 M
左侧；由 N→P电场力做负功，即沿着电场线移动，又因 1.0×10－3 J＞6.0×10－4 J，所以
肯定移过了 M点，即 P点位于 M点右侧，这样，M、N、P三点电势的高低关系是φN＞φM＞
φP。
比较电场中两点电势高低的方法：
1．根据电场力做功判断
(1)在两点间移动正电荷，如果电场力做正功，则电势降低；如果电场力...