高中物理 第二章 电势能与电势差 第2节 电势与等势面知识导航素材 鲁科版选修3-1.doc

第2节 电势与等势面思维激活1.你知道地图上的等高线吗？气象学中的等压线呢？它们都是做什么用的呢？2.你知道高大建筑上安装的避雷针能使建筑免受雷击的原理吗？答案：1.提示:利用等高线可以把复杂的地形绘制成平面图，等高线的特点有：(1)同线等高;(2)等高距全图一致;(3)等高线是封闭的曲线，无论怎样迂回曲折，终必环绕成圈，但在一幅图上不一定全部闭合;(4)两条等高线决不相交;(5)等高线疏密反映坡度缓陡，引入等高线，使得复杂的地形变得简单，它是一个非常有用的科学理想模型.等压线同理.2.提示:尖端放电.自主整理1.电势(1)电荷在电场中某点的_跟_的比值，叫做该点的电势.(2)定义式：_.其中，表示_，ep表示电荷在这一点的_，q表示_.(3)单位：_，1 v=1_.(4)电势是_，没有方向.(5)电势是从_的观点描述电场的物理量.2.等势面电场中_的点构成的面叫做等势面.点电荷周围静电场的等势面组成同心球面.3.尖端放电(1)定义:带电较多的导体，在尖端部位，场强可以大到使周围的空气发生电离而引起放电的现象，这就是_现象.(2)应用：_就是应用尖端放电的原理来防止雷击造成危害的.答案：1.(1)电势能 电荷量(2)= 电势 电势能 电荷的带电荷量(3)v j/c (4)标量 (5)能量2.电势相等3.(1)尖端放电 (2)避雷针高手笔记1.电势(1)电势是描述电场性质的物理量，仅由电场本身决定，与电势能和电荷所带电荷量均无关.(2)电势是标量，没有方向，但有正负之分.电势的正负是指规定了零势能点后，电荷的电势比零势能点高还是低.(3)沿着电场线的方向电势是降低的.2.等势面(1)与电场线一样，等势面也是用来描述电场的.(2)等势面是垂直于电场线的一簇曲面.(3)在电场中的等势面上移动电荷，静电力不做功.(4)等势面两两不相交，不相切.(5)电场线由高电势等势面指向低电势等势面.(6)对等差等势面，场强大小与等势面的疏密程度有关；在场强较强的地方，等势面一定比较密集.(7)等势面的分布与零电势点的选取无关.名师解惑1.如何处理电势高低的问题(1)利用电场线判断电势高低，沿电场线方向电势越来越低.(2)根据只在电场力作用下电荷的移动情况来判断.只在电场力作用下，电荷由静止开始移动，正电荷总是由电势高的点移到电势低的点；负电荷总是由电势低的点移向电势高的点.但它们都是由电势能高的点移向电势能低的点.(3)电势的正负.若以无穷远处电势为零，则正点电荷周围各点电势为正，负点电荷周围各点电势为负.2.电势与电势能的比较电势电势能ep1反映电场的能的性质的物理量电荷在电场中某点所具有的电势能2电场中某一点的电势的大小，只跟电场本身有关，跟点电荷q无关电势能大小是由点电荷电量q和该点电势共同决定的3电势沿电场线逐渐下降，取定零势能点后，某点的电势高于零者，为正值，电势低于零者,为负值正点电荷：电势能的正负跟电势的正负相同；负点电荷：电势能正负跟电势的正负相反4单位：伏特(v)单位：焦耳(j)5联系：ep=qw=ep=qu3.电势和电场强度的比较电势电场强度e1描述电场能的性质描述电场力的性质2电场中某点的电势等于该点与选取的标准位置(零势能点)间的电势差.=ep/q，在数值上等于单位正电荷在电场中该点具有的电势能电场中某点的场强等于放在该点点电荷所受的电场力f跟点电荷电荷量q的比值.e=f/q，e在数值上等于单位正电荷在该点所受到的静电力3标量矢量4单位：伏特(v)单位：牛/库(n/c)5关系:电势沿着电场强度的方向降低6大小之间不存在任何关系，电势为零的点，场强不一定为零；电势高的地方，场强不一定大；场强为零的地方，电势不一定为零；场强大的地方，电势不一定高讲练互动【例1】 如图所示，是某电场中的一条直电场线，一电子从a点由静止释放，它将沿直线向b点运动，下列有关该电场的判断正确的是( )a.该电场一定是匀强电场 b.场强ea一定小于ebc.电子具有的电势能ea一定大于eb d.电势a一定低于b解析：我们可以根据电场线的疏密程度来判断场强大小，因为题目中只有一条电场线，所以看不出疏密程度，所以场强大小不能比较，b错；而且电场线为直线的电场不一定是匀强电场，所以a错；但电子仅在电场力作用下运动，所以电场力做正功，电势能减小，c对；并且电子在电场力作用下从a向b运动，可判断电场线方向从b向a，沿着电场线方向电势降低，所以d对.答案：cd绿色通道 解答此类问题的方法是清楚各量大小的判断方法，场强是根据电场线的疏密判断，电势是根据沿电场线方向电势越来越低，而电势能则是根据在两点间移动电荷时电场力的做功情况判断.变式训练1.如图，a、b、c是一条电场线上的三个点，电场线的方向由a到c，a、b间的距离等于b、c间的距离，用a、b、c和ea、eb、ec分别表示a、b、c三点的电势和电场强度，由图可以判定下列说法中正确的是( )a.ea=eb=ec b.eaebec c.abc d.a-b=b-c解析：沿着电场线方向电势降低，所以c对.但不能判断电场线疏密程度及电场是否为匀强电场，所以a、b、d不好判断.答案：c【例2】 某带电粒子仅在电场力作用下由a点运动到b点，电场线、粒子在a点的初速度及运动轨迹如图，可以判定( )a.粒子在a点的加速度大于它在b点的加速度b.粒子在a点的动能小于它在b点的动能c.粒子在a点的电势能小于它在b点的电势能d.电场中a点的电势低于b点的电势解析：由电场线的疏密可知场强ebea，所以粒子的加速度abaa.由定性画出的等势面并根据沿电场线方向电势降低，可知电势ab.由粒子运动轨迹的弯曲趋向可知电场力做正功，所以动能、电势能的变化情况为ekbeka,epbepa.所以b正确.答案：b绿色通道 电场线与等势面正交.这两个物理模型是解决这类问题的很好用的工具.变式训练2.如图，虚线方框内为一匀强电场，a、b、c为该电场中的三个点.已知a=12 v，b=6 v，c=-6 v.试在该方框内作出该电场的示意图(即画出几条电场线)，并要求保留作图时所用的辅助线.解析：电场线跟等势面垂直，只要画出等势面，即可画出电场线，题目中只要寻求电势相等的点即可.而匀强电场沿任意方向电势均匀降低.因b=6 v，c=-6 v，由匀强电场的特点u=ed知，在bc连线的中点o处的电势差为0；同理，把ac线段等分成三份，在等分点o处的电势差也为0.连接oo即为该电场中的一条等势线，根据电场线与等势线垂直，可以画出电场中的电场线，如图.体验探究问题：你能设计一个小实验来说明一下避雷针的原理吗？导思：避雷针是根据尖端放电的原理制作的.不装避雷针时带电云从建筑物上方经过，建筑物会由于静电感应而带大量的电荷.带异种电荷的云和建筑物靠近时，就会产生剧烈的放电，迸出火花，这就是雷击.而当建筑物上竖起尖针时，建筑物上聚集的电荷可以通过避雷针的尖端放电，跑到