電場能的性質

1.3 電場能的性質

知識梳理

一、電勢能

1.定義：電荷在靜電場中由於相對位置而具有的能量，其大小等於把該電荷從該位置移到零勢能參考面電場力所做的功，即ea=wa→0.

2.決定因素：與電荷量q、零勢能參考面的選取及其相對位置有關.

3.與電場力做功的關係：電勢能的改變只由電場力做功決定，有δeab=eb-ea=-wab

(1)場源電荷判斷法——離場源正電荷越近，試探正電荷的電勢能越大，試探負電荷的電勢能越小.

(2)電場線法——正電荷順著電場線的方向移動時，電勢能逐漸減小；逆著電場線的方向移動時，電勢能逐漸增大.

(3)做功判斷法——無論正負電荷，電場力做正功，電荷的電勢能就一定減小；電場力做負功，電荷的電勢能就一定增大.

二、電勢

1.定義：電場中某點的電勢，等於單位正電荷從該點移到零電勢參考面電場力所做的功，　　　　　　.（這裡的q根據電性帶正負號）

2.單位：伏特（v），1 v=1 j/c.

3.決定因素：與該點在電場中的位置以及零勢面的選取有關，與檢驗電荷無關.若空間某處的電場由幾個電荷共同產生，則該點電勢等於各電荷單獨存在時該點電勢的代數和.

4.關於零電勢面：由電勢的定義知它與零電勢能參考面重合，和其他零勢面一樣可以根據問題最簡化的原則來選取.在實際應用中我們常會取大地和無限遠處為零電勢面.

5.電場中沿電場線的方向電勢越來越低.

三、電勢差

1.定義：電荷q在電場中由一點a移動到另一點b時，電場力所做的功與電荷量的比值,叫做a、b兩點間的電勢差，用uab表示.其定義式為：

2.決定式：uab=ed,適用於勻強電場.

3.電勢差的單位為匯出單位，在國際單位制中為伏特，簡稱伏；符號為v.

1 v=1 j/c,即1 c的正電荷在電場中由一點移到另一點,電場力所做的功為1 j,則這兩點間的電勢差就是1 v.

4.電勢（差）與電場強度的關係

四、等勢面

1.定義：電場中電勢相等的點構成的面.

2.特點：

（1）在同一等勢面上移動電荷時電場力不做功，說明電場力方向與電荷移動方向相互垂直，即等勢面必定與電場線相互垂直.

（2）沿著電場線的方向，電勢越來越低，電場線總是由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面.

（3）等勢面的疏密表示電場的強弱，等勢面密的地方，電場強；等勢面疏的地方，電場弱.

五、對公式的理解及應用

公式反映了電場強度與電勢差之間的關係,由公式可知:電場強度的方向就是電勢降低最快的方向.

公式只適用於勻強電場,且應用時注意d的含義是表示某兩點沿電場線方向的距離，或兩點所在等勢面之間的距離.

高考連線

1.（2023年上海物理卷）位於a、b處的兩個帶有不等量負電的點電荷在平面內電勢分布如圖所示，圖中實線表示等勢線,則(　)

點和b點的電場強度相同

b.正電荷從c點移到d點，電場力做正功

c.負電荷從a點移到c點，電場力做正功

d.正電荷從e點沿圖中虛線移到f點，電勢能先減小後增大

【解析】電場線的疏密可以表示電場的強弱，可見a錯誤；正電荷從c點移到d點，電場力做負功,負電荷從a點移到c點，電場力做正功，所以b錯誤，c正確；正電荷從e點沿圖中虛線移到f點，電場力先做正功，後做負功，但整個過程電場力做正功，d正確.

【答案】cd

2.（2023年廣東物理卷）如圖所示,在乙個粗糙水平面上,彼此靠近地放置兩個帶同種電荷的小物塊.由靜止釋放後,兩個物塊向相反方向運動,並最終停止.

在物塊的運動過程中,下列表述正確的是（　）

a.兩個物塊的電勢能逐漸減少

b.物塊受到的庫侖力不做功

c.兩個物塊的機械能守恆

d.物塊受到的摩擦力始終小於其受到的庫侖力

【解析】由於兩電荷的電性相同，則二者之間的作用力為斥力，因此在遠離過程中，電場力做正功，電勢能逐漸減少，a正確，b錯誤；由於運動過程中有重力以外的力(電場力和摩擦力）做功，故機械能不守恆，c錯誤；在遠離過程中，開始時電場力大於摩擦力，後來電場力小於摩擦力，d錯誤.

【答案】a

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