2020年江苏高考物理总复习讲义： 电场能的性质

第2讲 电场能的性质一、静电力做功和电势能 1．静电力做功(1)特点：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． (2)计算方法①W ＝qEd ，只适用于匀强电场，其中d 为带电体在沿电场方向的位移． ②W AB ＝qU AB ，适用于任何电场． 2．电势能(1)定义：电荷在电场中具有的势能，称为电势能．(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)静电力做的功等于电荷电势能的减少量，即W AB ＝E p A －E p B .(2)通过W AB ＝E p A －E p B 可知：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．(3)电势能的大小：由W AB ＝E p A －E p B 可知，若令E p B ＝0，则E p A ＝W AB ，即一个电荷在电场中某点具有的电势能，数值上等于将其从该点移到零电势能位置过程中静电力所做的功． 自测1 关于静电力做功和电势能的理解，下列说法正确的是( ) A ．静电力做功与重力做功相似，均与路径无关B ．正电荷具有的电势能一定是正的，负电荷具有的电势能一定是负的C ．静电力做正功，电势能一定增加D ．静电力做功为零，电荷的电势能也为零 答案 A二、电势 等势面 1．电势(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． (2)定义式：φ＝E pq.(3)矢标性：电势是标量，有正负之分，正(负)号表示该点电势比零电势高(低)． (4)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：电场中电势相同的各点构成的面． (2)四个特点：①在同一等势面上移动电荷时电场力不做功．②电场线一定与等势面垂直，并且从电势高的等势面指向电势低的等势面．③等差等势面越密的地方电场强度越大，反之越小．④任意两个等势面都不相交．自测2(2016·全国卷Ⅲ·15)关于静电场的等势面，下列说法正确的是()A．两个电势不同的等势面可能相交B．电场线与等势面处处相互垂直C．同一等势面上各点电场强度一定相等D．将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功三、电势差1．定义：电荷在电场中由一点A移到另一点B时，电场力所做的功W AB与移动电荷的电荷量q的比值．2．定义式：U AB＝W AB q.3．影响因素电势差U AB由电场本身的性质决定，与移动的电荷q及电场力做的功W AB无关，与零电势点的选取无关．4．电势差与电势的关系：U AB＝φA－φB，U AB＝－U BA.5．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式：U AB＝E·d，其中d为电场中两点间沿电场方向的距离．(2)电场强度的方向和大小与电势差的关系：电场中，电场强度方向指向电势降低最快的方向；在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿电场强度方向每单位距离上降低的电势．自测3(多选)关于电势差的计算公式，下列说法正确的是()A．电势差的计算公式U AB＝W ABq说明两点间的电势差U AB与电场力做功W AB成正比，与移动电荷的电荷量q成反比B．把正电荷从A点移动到B点电场力做正功，则有U AB>0C．电势差的计算公式U AB＝W ABq中，U AB与移动电荷的电荷量q无关D．电场中A、B两点间的电势差U AB等于把正电荷q从A点移动到B点时电场力所做的功四、静电感应和静电平衡1．静电感应当把一个不带电的金属导体放在电场中时，导体的两端分别感应出等量的正、负电荷，“近端”出现与施感电荷异种的感应电荷，“远端”出现与施感电荷同种的感应电荷．这种现象叫静电感应．2．静电平衡(1)定义：导体放入电场中时，附加电场与原电场的场强在导体内部大小相等且方向相反，使得叠加场强为零时，自由电荷不再发生定向移动，导体处于静电平衡状态．(2)处于静电平衡状态的导体的特点①导体内部的场强处处为零；②导体是一个等势体，导体表面是等势面；③导体表面处的场强方向与导体表面垂直；④导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面上；⑤在导体外表面越尖锐的位置，净电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有净电荷.1．电势高低的四种判断方法(1)依据电场线方向：沿电场线方向电势逐渐降低．(2)依据电场力做功：根据U AB＝W ABq，将W AB、q的正负号代入，由U AB的正负判断φA、φB的高低．(3)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．(4)依据电势能的高低：正电荷在电势能大处电势较高，负电荷在电势能大处电势较低．2．电势能大小的四种判断方法(1)做功判断法：电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大．(2)电荷电势法：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．(3)公式法：由E p＝qφ，将q、φ的大小、正负号一起代入公式进行判断．(4)能量守恒法：在电场中，若只有电场力做功，电荷的动能和电势能相互转化，动能增大时，电势能减小，反之电势能增大．例1(多选)(2019·全国卷Ⅲ·21)如图1，电荷量分别为q和－q(q>0)的点电荷固定在正方体的两个顶点上，a、b 是正方体的另外两个顶点．则()图1A．a点和b点的电势相等B．a点和b点的电场强度大小相等C．a点和b点的电场强度方向相同D．将负电荷从a点移到b点，电势能增加变式1(2019·山东烟台市上学期期末)如图2所示，圆心为O、半径为R的圆周上有A、B、C、D四点，A、B 是一条直径的两个端点，CD与AB平行，A、C之间的距离也为R.在A、B两点分别放置电荷量绝对值均为Q的正、负点电荷，静电力常量为k.下列说法正确的是()图2A ．C 、D 两点电场强度相同，大小都为23kQ3R 2B ．负电荷在C 点的电势能大于在D 点的电势能 C ．一正电荷沿着圆弧从C 点移动到D 点电场力不做功 D ．C 、O 两点的电势差等于O 、D 两点的电势差1．匀强电场中电势差与电场强度的关系 (1)U AB ＝Ed ，d 为A 、B 两点沿电场方向的距离． (2)沿电场强度方向电势降落得最快．(3)在同一直线上或相互平行的两条直线上距离相等的两点间电势差相等． 2．E ＝Ud在非匀强电场中的几点妙用(1)解释等差等势面的疏密与电场强度大小的关系：当电势差U 一定时，电场强度E 越大，则沿电场强度方向的距离d 越小，即电场强度越大，等差等势面越密．(2)定性判断非匀强电场电势差的大小关系：如距离相等的两点间的电势差，E 越大，U 越大；E 越小，U 越小． 3．解题思路例2 (多选)(2017·全国卷Ⅲ·21)一匀强电场的方向平行于xOy 平面，平面内a 、b 、c 三点的位置如图3所示，三点的电势分别为10 V 、17 V 、26 V ．下列说法正确的是( )图3A ．电场强度的大小为2.5 V/cmB ．坐标原点处的电势为1 VC ．电子在a 点的电势能比在b 点的低7 eVD ．电子从b 点运动到c 点，电场力做功为9 eV变式2 (多选)(2019·安徽安庆市下学期第二次模拟)有一匀强电场的方向平行于xOy 平面，平面内a 、b 、c 、d 四点的位置如图4所示，cd 、cb 分别垂直于x 轴、y 轴，其中a 、b 、c 三点电势分别为：4 V 、8 V 、10 V ，使一电荷量为q ＝－2×10－5 C 的负点电荷由a 点开始沿abcd 路线运动，则下列判断正确的是( )图4A．坐标原点O的电势为6 VB．电场强度的大小为 2 V/mC．该点电荷在c点的电势能为2×10－5 JD．该点电荷从a点移到d点过程中，电场力做功为8×10－5 J1．判断速度方向：带电粒子运动轨迹上某点的切线方向为该点处的速度方向．2．判断电场力(或电场强度)的方向：仅受电场力作用时，带电粒子所受电场力方向指向轨迹曲线的凹侧，再根据粒子的正负判断电场强度的方向．3．判断电场力做功的正负及电势能的增减：若电场力与速度方向成锐角，则电场力做正功，电势能减少；若电场力与速度方向成钝角，则电场力做负功，电势能增加．例3(多选)(2019·全国卷Ⅱ·20)静电场中，一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动，N为粒子运动轨迹上的另外一点，则()A．运动过程中，粒子的速度大小可能先增大后减小B．在M、N两点间，粒子的轨迹一定与某条电场线重合C．粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能D．粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行变式3(2019·广东揭阳市下学期第二次模拟)如图5所示，实线MN是某匀强电场中的一条电场线．一带正电粒子射入电场后，仅在电场力作用下沿虚线ABC运动．下列说法中正确的是()图5A．粒子在A点的加速度比在C点的加速度大B．粒子在A点的电势能比在C点的电势能小C．M、N两点的电势：φM>φND．电场线的方向水平向右类型1v－t图象根据v－t图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化)，可确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况，进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化．例4(多选)(2019·四川宜宾市第二次诊断)如图6甲所示，光滑绝缘水平面上有一沿水平方向的电场，MN是其中的一条直线，线上有A、B、C三点，一带电荷量为＋2×10－3 C、质量为1×10－3 kg的小物块从A点由静止释放，沿MN做直线运动，其运动的v－t图象如图乙所示，其中B点处的切线斜率最大(图中标出了该切线)，C点处的切线平行于t轴，运动过程中小物块电荷量保持不变，则下列说法中正确的是()图6A．A、B两点电势差U AB＝－4 VB．小物块从B点到C点电场力做的功W＝10－2 JC．B点为AC间电场强度最大的点，场强大小E＝1 V/mD．由A到C的过程中小物块的电势能先减小后变大类型2φ－x图象(如图7所示)1．电场强度的大小等于φ－x图线的斜率的绝对值，电场强度为零处φ－x图线存在极值，其切线的斜率为零．2．在φ－x图象中可以直接判断各点电势的大小，并可根据电势大小关系确定电场强度的方向．图73．在φ－x图象中分析电荷移动时电势能的变化，可用W AB＝qU AB，进而分析W AB的正负，然后作出判断．4．在φ－x图象中可以判断电场类型，如图8所示，如果图线是曲线，则表示电场强度的大小是变化的，电场为非匀强电场；如果图线是倾斜的直线，则表示电场强度的大小是不变的，电场为匀强电场．图85．在φ－x图象中可知电场强度的方向，进而可以判断电荷在电场中的受力方向．例5(多选)(2019·山东聊城市二模)两电荷量分别为q 1和q2的点电荷固定在x轴上的A、B两点，两点电荷连线上各点电势φ随坐标x变化的关系图象如图9所示，其中P点电势最高，且x AP<x PB，则()图9A．q1和q2都是负电荷B．q1的电荷量大于q2的电荷量C．在A、B之间将一负点电荷沿x轴从P点左侧移到右侧，电势能先减小后增大D．一点电荷只在电场力作用下沿x轴从P点运动到B点，加速度逐渐变小类型3E－x图象1．E－x图象反映了电场强度随位移变化的规律，E>0表示电场强度沿x轴正方向；E<0表示电场强度沿x轴负方向．2．在给定了电场的E－x图象后，可以由图线确定电场强度、电势的变化情况，E－x图线与x轴所围图形“面积”表示电势差(如图10所示)，两点的电势高低根据电场方向判定．在与粒子运动相结合的题目中，可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况．图103．在这类题目中，还可以由E－x图象画出对应的电场，利用这种已知电场的电场线分布、等势面分布或场源电荷来处理相关问题．例6(多选)(2019·四川综合能力提升卷(三))空间内有一沿x轴分布的电场，其电场强度E随x变化的图象如图11所示．－x1、x1、x2、x3是x轴上的四个点，图象关于坐标原点O中心对称，下列说法中正确的是()图11A．－x1处的电势比x1的电势高B．将正电荷由－x1移到x2，电势能先增大，后减小C．将一负电荷由－x1处由静止释放，若只受电场力作用，它将在－x1和x1之间往复运动D．负电荷在4个点中位于x2处电势能最大类型4E p－x图象1．反映了电势能随位移变化的规律．2．图线的切线斜率大小等于电场力大小．3．进一步判断场强、动能、加速度等随位移的变化情况．例7(2020·江西重点中学协作体第一次联考)将两个点电荷A、B分别固定在水平面上x轴的两个不同位置上，将一带负电的试探电荷在水平面内由A点的附近沿x轴的正方向移动到B点附近的过程中，该试探电荷的电势能随位置变化的图象如图12所示，已知x AC>x CB，图中过C点的水平虚线与图线相切，两固定点电荷带电荷量的多少分别用q A、q B表示．则下列分析正确的是()图12A．两固定点电荷都带正电，且q A>q BB．在AB连线内，C点的电场强度最小但不等于零C．因试探电荷的电势能始终为正值，可知A、B两点间沿x轴方向的电场强度始终向右D．如果将试探电荷的电性改为正电，则该电荷在C点的电势能最大1．(2019·北京市东城区上学期期末)下列各个物理量中属于矢量的有()A．电场强度B．电势差C．电场力做的功D．电势能2．(多选)(2019·山东济宁市第二次摸底)电子在电场中仅在电场力作用下运动时，由a点运动到b点的轨迹如图1中虚线所示．图中一组平行等距实线可能是电场线，也可能是等势线．下列说法正确的是()图1A．若a点的电势比b点低，图中实线一定是等势线B．不论图中实线是电场线还是等势线，电子在a点的电势能都比b点小C．若电子在a点动能较小，则图中实线是电场线D．如果图中实线是等势线，则电子在b点电势能较大3．(2019·四川南充市第二次适应性考试)在正点电荷Q形成的电场中，一检验电荷q的运动轨迹如图2中实线所示，轨迹上a、b、c三点在以Q为圆心的同心圆上，下列说法正确的是()图2A．检验电荷q可能为正电荷，也可能为负电荷B．a、b、c三点中，检验电荷q在c点的动能最小C．a、b、c三点中，a点的电势最高D．a、b、c三点中，检验电荷q在a点的电势能最大4. (2019·陕西宝鸡市高考模拟检测(二))真空中有一带负电的电荷q绕固定的点电荷＋Q运动，其运动轨迹为椭圆，如图3所示．已知a、b、c、d为椭圆的四个顶点，＋Q处在椭圆的一个焦点上，则下列说法正确的是()图3A．＋Q产生的电场中a、c两点的电场强度相同B．负电荷q在b点的速度大于在d点的速度C．负电荷q在b点电势能大于在d点电势能D．负电荷q在运动过程中电场力始终不做功5. (2019·山东滨州市上学期期末)真空中某静电场，虚线表示等势面，各等势面电势的值如图4所示，一带电粒子只在电场力的作用下，沿图中的实线从A经过B运动到C，B、C两点位于同一等势面上，则以下说法正确的是()图4A．带电粒子在A点的电势能大于在C点的电势能B．A点电场强度大于B点电场强度C．带电粒子从A点经过B点运动到C点的过程中动能先增大再减小D．带电粒子从A点到C点电场力所做的功等于从A点到B点电场力所做的功6. (多选)(2019·山东泰安市3月第一轮模拟)如图5，在正点电荷Q的电场中，A、B、C为直角三角形的三个顶点，D为AC的中点，∠A＝30°，A、B、C、D四点处的电势满足φA＝φC，φB＝φD，点电荷Q在A、B、C三点所在平面内，则()图5A．点电荷Q在AB的连线上B．点电荷Q在BD连线的中点处C．φD>φCD．将负试探电荷从C点移动到B点，电场力做负功7. (多选)(2019·四川德阳市第三次诊断)两个不规则带电导体间的电场线分布如图6所示，已知导体附近的电场线均与导体表面垂直，a、b、c、d为电场中几个点，并且a、d为紧靠导体表面的两点，选无穷远处为电势零点，则()图6A．场强大小关系有E b>E cB．电势大小关系有φb>φdC．将一负电荷放在d点时其电势能为负值D．将一正电荷由a点移到d点电场力做正功8．(2019·山西运城市5月适应性测试)一带负电的微粒只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能随位移x变化的关系如图7所示，其中0～x1段是曲线，x1～x2段是平行于x轴的直线，x2～x3段是倾斜直线，则下列说法正确的是()图7A．0～x1段电势逐渐升高B．0～x1段微粒的加速度逐渐减小C．x2～x3段电场强度减小D．x2处的电势比x3处的电势高9. (多选)(2019·安徽蚌埠市第二次质检)电场中有一条电场线与x轴重合，x轴上各点的电场强度与位置的关系如图8所示，一质子仅在电场力作用下，从坐标原点由静止释放沿x轴正方向运动，已知Oa＝ab＝bc＝d，b点电势φb＝0.则下列结论正确的是()图8A．质子沿x轴做匀速直线运动B．质子在a、c两点的电势能相等C．质子在a、b、c三点的动能之比为2∶3∶4D．坐标原点O的电势为1.5E0d10. (多选)(2020·湖北恩施州教学质量检测)如图9所示为某静电场中x轴上各点电势分布图，一个带电粒子在坐标原点O 由静止释放，仅在电场力作用下沿x 轴正向运动，则下列说法正确的是( )图9A ．粒子一定带正电B ．粒子运动到坐标轴上x 2处速度最大C ．粒子从坐标轴上x 1处运动到x 3处，电场力的冲量为零D ．粒子从坐标轴上x 1处运动到x 2处，加速度先增大后减小11．(多选)(2019·河南郑州市第一次模拟)如图10所示，在竖直平面内有一匀强电场，一带电荷量为＋q 、质量为m 的小球在力F 的作用下，沿图中虚线由M 至N 做竖直向上的匀速运动．已知力F 和MN 之间的夹角为45°，MN 之间的距离为d ，重力加速度为g .则下列说法正确的是( )图10A ．电场的方向可能水平向左B ．电场强度E 的最小值为2mg 2qC ．当qE ＝mg 时，小球从M 运动到N 时电势能变化量为零D ．F 所做的功一定为22mgd12．(多选) (2019·河南名校联盟2月联考)如图11所示，固定于同一条竖直线上的A 、B 是两个带等量异种电荷的点电荷，电荷量分别为＋Q 和－Q ，A 、B 相距为2d .MN 是竖直放置的光滑绝缘细杆，另有一个穿过细杆的带电小球P 质量为m ，电荷量为＋q (可视为点电荷，放入电场后不影响电场的分布)，现将小球P 从与点电荷A 等高的C 处由静止开始释放，小球P 向下运动到距C 点距离为d 的O 点时， 速度为v ，已知MN 与AB 之间的距离为d ，静电力常量为k ，重力加速度为g .则( )图11A ．C 、O 两点间的电势差U CO ＝m v 22qB．O点处的电场强度E＝2kQ 2d2C．小球下落过程中重力势能和电势能之和不变D．小球P经过与点电荷B等高的D点时的速度为2v。

专题七电场挖命题【考情探究】分析解读电场强度的计算最多只考虑两个电场的叠加;带电粒子在匀强电场中的运动计算限于带电粒子进入电场时速度平行或垂直于场强的情况。

本专题虽然是电学知识,但大部分试题是从力学的本质去分析解决,本专题内容是高考的重点。

以选择题形式结合各种“美丽”的电场图考查电场的叠加、带电粒子在电场中运动的动力学及功能分析是高频考点;E-x、φ-x图像的分析多年考到。

带电粒子在匀强电场中的运动经常以计算题形式考查,往往结合洛仑兹力一起考查。

在复习时应重视对基本概念规律的理解;注重知识的应用,加强本专题知识与其他物理知识的综合应用;掌握处理较为复杂的物理问题的方法,如类比、等效、建立模型等。

【真题典例】破考点【考点集训】考点一电场力的性质1.(2017江苏淮阴中学月考,1)如图所示的电场中,虚线为某带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹,a、b、c 是轨迹上的三个点,则( )A.粒子可能带负电B.粒子一定是从a点运动到b点C.粒子在c点的加速度可能小于在b点的加速度D.粒子在电场中c点的电势能一定大于在b点的电势能答案D2.(2018江苏无锡期末,3)真空中两个等量异种电荷(电荷量均为q)连线的中点处电场强度为E,则两个电荷之间的库仑力大小是( )A. B. C. D.qE答案A3.(2018江苏常州摸底,5)如图所示,光滑绝缘细杆与水平面成θ角固定,杆上套有一带正电小球,质量为m,带电荷量为q,为使小球静止在杆上,可加一匀强电场,所加电场的场强满足什么条件时,小球可在杆上保持静止( )A.垂直于杆斜向上,场强大小为B.竖直向上,场强大小为C.垂直于杆斜向上,场强大小为D.水平向右,场强大小为答案B4.(2017江苏如东中学联考,13)如图所示,在倾角为θ=30°足够长的光滑绝缘斜面的底端A点固定一电荷量为Q的正点电荷,在与A距离为s0的C处由静止释放某带正电荷的小物块P(可看做点电荷),已知小物块P 释放瞬间的加速度大小恰好为重力加速度g。

电场能的性质(电势)ϕ一、电势差U （是指两点间的）①定义：电场中两点间移动检验电荷q（从A→B），电场力做的功W AB跟其电量q的比值叫做这两点间的电势差，U AB=W AB/q 是标量．U AB的正负只表示两点电势谁高谁低。

U AB为正表示A点的电势高于B点的电势。

②数值上=单位正电荷从A→B过程中电场力所做的功。

③等于A、B的电势之差,即U AB=φA－φB④在匀强电场中U AB= Ed E (d E表示沿电场方向上的距离)意义：反映电场本身性质，取决于电场两点，与移动的电荷无关，与零电势的选取无关，⇒电势差对应静电力做功，电能其它形式的能。

⇐电动势对应非静电力做功电能其它形式的能点评：电势差很类似于重力场中的高度差．物体从重力场中的一点移到另一点，重力做的功跟其重量的比值叫做这两点的高度差h＝W/G．ϕ二、电势（是指某点的）描述电场能性质的物理量。

必须先选一个零势点，（具有相对性）相对零势点而言，常选无穷远或大地作为零电势。

正点电荷产生的电场中各点的电势为正，负点电荷产生的电场中各点的电势为负。

①定义：某点相对零电势的电势差叫做该点的电势，是标量．②在数值上=单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功.特点：⑴标量：有正负，无方向，只表示相对零势点比较的结果。

⑵电场中某点的电势由电场本身因素决定，与检验电荷无关。

与零势点的选取有关。

⑶沿电场线方向电势降低，逆。

（但场强不一定减小）。

沿E方向电势降得最快。

⑷当存在几个场源时，某处合电场的电势等于各个场源在此处产生电势代数和的叠加。

电势高低的判断方法：1根据电场线的方向判断；2电场力做功判断；3电势能变化判断。

点评：类似于重力场中的高度．某点相对参考面的高度差为该点的高度．注意：(1) 高度是相对的．与参考面的选取有关，而高度差是绝对的与参考面的选取无关．同样电势是相对的与零电势的选取有关，而电势差是绝对的，与零电势的选取无关．(2) 一般选取无限远处或大地的电势为零．当零电势选定以后，电场中各点的电势为定值．(3) 电场中A、B两点的电势差等于A、B的电势之差,即U AB=φA－φB,沿电场线方向电势降低.三、电势能E1概念：由电荷及电荷在电场中的相对位置决定的能量，叫电荷的电势能。

专题17 电场能的性质（讲义）一、核心知识1．电势能、电势、等势面(1)电势能①电场力做功的特点电场力做功与路径无关，只与初、末位置有关．②电势能a ．定义：电荷在电场中具有的势能，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．b ．电场力做功与电势能变化的关系：电场力做的功等于电势能的减少量，即W AB ＝E p A －E p B ＝－ΔE p .(2)电势①定义：试探电荷在电场中某点具有的电势能E p 与它的电荷量q 的比值．②定义式：φ＝E p q. ③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)．④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．(3)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a ．等势面一定与电场线垂直．b ．在同一等势面上移动电荷时电场力不做功．c ．电场线方向总是从电势高的等势面指向电势低的等势面．d ．等势面越密的地方电场强度越大，反之越小．2．电势差(1)定义：电荷在电场中，由一点A移到另一点B时，电场力做功与移动电荷的电荷量的比值．(2)定义式：U AB＝W AB q.(3)电势差与电势的关系：U AB＝φA－φB，U AB＝－U BA.(4)影响因素：电势差U AB由电场本身的性质决定，与移动的电荷q及电场力做的功W AB无关，与零电势点的选取无关．3．电势高低的判断方法4.电势能大小的判断方法5．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 ＝U d. (2)公式U ＝Ed 的适用范围：匀强电场．(3)U ＝Ed ，其中d 为电场强度方向上的有效长度；若U AB ＝±Ed ，应通过电势高低提前预判电势差的正负．(4)沿电场强度的方向电势降落得最快．(5)在同一直线上或相互平行的两条直线上，两线段的长度之比等于其电势差之比．(6)由E ＝U d可推出的两个重要推论 推论1：如图(甲)所示，匀强电场中任一线段AB 的中点C 的电势等于两端点电势的平均值，即φC ＝φA ＋φB 2. 推论2：如图(乙)所示，若匀强电场中两线段AB ＝CD 且AB ∥CD ，则U AB ＝U CD .(7)E ＝U d在非匀强电场中的几点妙用 ①解释等差等势面的疏密与电场强度大小的关系，当电势差U 一定时，电场强度E 越大，则沿电场强度方向的距离d 越小，即电场强度越大，等差等势面越密．②定性判断非匀强电场电势差的大小关系，如距离相等的两点间的电势差，E 越大，U 越大；E 越小，U 越小．6．几点说明(1)在应用描述电势、电势能、电势差的公式时，q 、W 、U 、E p 、φ都直接代入符号进行运算，而应用描述电场力、电场强度的公式运算时可以不代入符号．(2)在匀强电场中：①相互平行的直线上(直线与电场线可成任意角)，任意相等距离的两点间电势差相等；②沿任意直线，相等距离电势差相等．③线段中点的电势等于初末电势和的一半．(3)电势能的变化与电场力的功对应，电场力的功等于电势能增量的负值：W 电＝－ΔE 电．求电场力的功基本方法：用W ＝qU 计算．7．几种典型电场的等势线(面)等势线总是和电场线垂直，已知电场线可以画出等势线，已知等势线也可以画出电场线．8.处理电场中能量问题的基本方法在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定理、能量守恒定律，有时也会用到功能关系．(1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功)．(2)应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化．(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能改变之间的对应关系．(4)有电场力做功的过程机械能一般不守恒，但机械能与电势能的总和可以不变．9.静电场中的图象问题（1）静电场中v－t图象的应用根据v－t图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化)，确定电荷所受电场力的方向与大小变化情况，进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化．（2）静电场中φ－x图象的理解和应用①电场强度的大小等于φ－x图线的斜率大小，电场强度为零处，φ－x图线存在极值，其切线的斜率为零．②在φ－x图象中可以直接判断各点电势的高低，并可根据电势高低关系确定电场强度的方向．③在φ－x图象中分析电荷移动时电势能的变化，可用W AB＝qU AB，进而分析W AB的正负，然后做出判断．（3）静电场中E－x图象的理解和应用①反映了电场强度随位置变化的规律．②E>0表示场强沿x轴正方向，E<0表示场强沿x轴负方向．③图线与x轴围成的“面积”表示电势差，“面积”大小表示电势差大小，两点的电势高低根据电场方向判定．（4）静电场中E p－x图象的理解和应用①E p－x图象可以判断某一位置电势能的大小，进而确定电势能的变化情况，根据电势能的变化可以判断电场力做功情况，结合带电粒子的运动可以确定电场力的方向．②E p －x 图象可以判断电场力的大小，即k ＝E p2－E p1x 2－x 1＝ΔE p Δx ＝F ，图象的斜率大小和正负分别表示电场力的大小和方向．③根据E p －x 图象，在已知电荷量的情况下还可以用公式φ＝E p q计算电势的大小，进一步求得电势差U .二、重点题型分类例析题型1：静电力做功【例题1】（2020·河北定州市·高三月考）如图所示，匀强电场的场强5310V/m E =⨯，A 、B 两点相距0.2m ，两点连线与电场的夹角是60°，下列说法正确的是（ ）A ．电荷量4210C q -=+⨯的电荷从A 点运动到B 点电势能增大6JB ．电荷量4210C q -=-⨯的电荷从A 点运动到B 点电场力做功为-6JC ．若取A 点的电势为0，则B 点的电势4310V B ϕ=⨯D ．A 、B 两点间的电势差是4610V AB U =⨯题型2：电势能【例题2】（2020·上海高三一模）如图，ABC为等边三角形，电荷量为+Q的点电荷固定在A点。

第2讲电场能的性质[课标要求]1．知道静电场中的电荷具有电势能，理解电势能、电势的含义。

2．掌握静电力做功与电势能变化的关系。

3．掌握匀强电场中电势差及其与电场强度的关系。

4．会处理电场线、等势面与运动轨迹相结合问题。

考点一静电力做功、电势能与电势1．静电力做功的特点静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。

2．电势能(1)定义：电荷在电场中具有的势能，称为电势能。

(2)标矢性：电势能是标量，有正、负之分，其正负表示大小。

(3)相对性：电势能具有相对性，通常把无限远处或大地表面的电势能规定为零。

3．电势(1)定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。

(2)定义式：φ＝E pq。

(3)标矢性：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)。

(4)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。

4．静电力做功与电势能变化的关系(1)静电力做的功等于电荷电势能的减少量，即W AB＝E p A－E p B。

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。

(2)电势能的大小：由W AB＝E p A－E p B可知，若令E p B＝0，则E p A＝W AB，即一个电荷在电场中某点具有的电势能，数值上等于将其从该点移到零电势能位置过程中静电力所做的功。

【基础知识判断】1．电场力做功一定改变电荷的电势能。

(√)2．电场强度为零的点，电势一定为零。

(×)3．电势有正负之分，但电势是标量。

(√)4．沿电场线的方向电场强度越来越小，电势逐渐降低。

(×)1．求静电力做功的四种方法2．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U AB ＝W AB q ，将W AB 、q 的正负号代入，由U AB 的正负判断φA 、φB 的高低3．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E p ＝qφ，正E p 的绝对值越大，电势能越大；负E p 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，电势能增加学生用书第157页(多选)(2023·海南高考)如图所示，正三角形三个顶点固定三个等量电荷，其中A 、B 带正电，C 带负电，O 、M 、N 为AB 边的四等分点，下列说法正确的是()A ．M 、N 两点电场强度相同B ．M 、N 两点电势相同C ．负电荷在M 点电势能比在O 点时要小D ．负电荷在N 点电势能比在O 点时要大、答案：BC解析：根据场强叠加以及对称性可知，M 、N 两点的场强大小相同，但是方向不同，选项A 错误；因在A 、B 处的正电荷在M 、N 两点的合电势相等，在C 点的负电荷在M 、N 两点的电势也相等，则M、N两点电势相同，选项B正确；因负电荷从M到O，A、B两电荷的合力对负电荷的库仑力从O指向M，则该力对负电荷做负功，C点的负电荷也对该负电荷做负功，可知三个电荷对该负电荷的合力对其做负功，则该负电荷的电势能增加，即负电荷在M 点的电势能比在O点小；同理可知负电荷在N点的电势能比在O点小，选项C正确，D错误。