第2讲 电场能的性质

第2讲电场能的性质开始010203课前基础落实——在情境迁移中理清“物理观念”课堂提能学案——在多彩学法中精准“扶弱补短”随堂创新训练——在素养立意中把握“命题导向”第2讲电场能的性质一、静电力做功

电势能

电势

等势面1．静电力做功特点静电力做功与______无关，只与初、末位置有关计算方法(1)W＝qEd，只适用于匀强电场，其中d为沿_________的距离(2)WAB＝qUAB，适用于__________电场方向任何电场路径2.电势能(1)定义：电荷在______中具有的势能，数值上等于将电荷从该点移到________位置时静电力所做的功。(2)静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于________的减少量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp。(3)电势能的相对性：电势能是_____的，通常把电荷离场源电荷_______处的电势能规定为零，或把电荷在大地______上的电势能规定为零。电场零势能电势能相对无限远表面3．电势电势能Ep电荷量q标量零电势[注意]

电势的高低与电场强度的大小没有联系。4．等势面的特点(1)等势面一定与________垂直。(2)在同一________上移动电荷时电场力不做功。(3)电场线方向总是从_______的等势面指向________的等势面。(4)等差等势面越密的地方电场强度_____，反之______。电场线等势面电势高电势低越大越小φA－φB无关无关电场线Ed匀强电场情境创设如图所示为静电除尘机原理图，废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区，放电极和集尘极加上高压电场，使尘埃带上电，尘埃在静电力的作用下向集尘极迁移并沉积，达到除尘目的，图中虚线为电场线(方向未标)，不考虑尘埃的重力，结合下图辨析以下问题：微点判断(1)图中A点电势高于B点电势。

()(2)尘埃在迁移过程中电势能减小。

()(3)尘埃在迁移过程中动能减小。

()(4)两极板处的电场线与极板垂直。

()(5)带电尘埃的机械能守恒。

()(6)A、B两点间的电势差等于将正电荷从A点移到B点时静电力所做的功。()×√×√××(7)电场中电势降低的方向，就是电场强度的方向。

()(8)带电粒子一定从电势能大的地方向电势能小的地方移动。

()(9)由于静电力做功跟移动电荷的路径无关，所以电势差也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关。

()××√(一)电势高低及电势能大小的比较(精研点)逐点清1静电力做功与电势能的关系

1.如图所示，A点与B点间距离为2l，OCD是以B为圆心，以l为半径的半圆路径。A、B两处各放有一点电荷，电荷量分别为＋q和－q。下列说法正确的是

(

)A．单位正电荷在O点所受的静电力与在D点所受的静电力大小相等、方向相反B．单位正电荷从D点沿任意路径移到无限远，静电力做正功，电势能减小C．单位正电荷从D点沿DCO移到O点，电势能增大D．单位正电荷从O点沿OCD移到D点，电势能增大答案：C而正电荷从低电势向高电势处运动静电力做负功，电势能增大，B错误；等量异种点电荷连线的中点处电势为零，故O点电势比D点电势高，正电荷在电势高处电势能大，则在O点电势能比在D点电势能大，C正确，D错误。一点一过1．求静电力做功的四种方法2．判断电势能变化的两种方法根据静电力做功判断静电力做正功，电势能减少；静电力做负功，电势能增加根据Ep＝φq直接判断正电荷在电势越高处电势能越大；负电荷在电势越高处电势能越小逐点清2电势能与电势的关系

2.(多选)真空中有两个固定的带正电的点电荷，电荷量不相等。一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O点时，仅在电场力的作用下恰好保持静止状态。过O点作两点电荷连线的垂线，以O点为圆心的圆与连线和垂线分别交于a、c和b、d，如图所示。以下说法正确的是(

)A．a点电势低于O点B．b点电势低于c点C．该试探电荷在a点的电势能大于在b点的电势能D．该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能答案：BD解析：作出两个固定点电荷分别在O点附近的电场线，由题意知，O点的场强EO＝0，结合等量正点电荷电场线分布图，进而推知O点左侧的电场方向向右，O点右侧的电场方向向左。可以判定：a点电势高于O点，b点电势低于c点，故A错误，B正确；由Ep＝φq可知，a点的电势高于b点，试探电荷(带负电)在a点的电势能比b点小，故C错误；c点电势高于d点，试探电荷(带负电)在c点的电势能小于d点，故D正确。3．(2022·全国乙卷)(多选)如图，两对等量异号点电荷＋q、－q(q>0)固定于正方形的4个顶点上。L、N是该正方形两条对角线与其内切圆的交点，O为内切圆的圆心，M为切点。则

(

)A．L和N两点处的电场方向相互垂直B．M点的电场方向平行于该点处的切线，方向向左C．将一带正电的点电荷从M点移动到O点，电场力做正功D．将一带正电的点电荷从L点移动到N点，电场力做功为零答案：AB

解析：两个正电荷在N点产生的场强方向由N指向O，N点处于两负电荷连线的中垂线上，则两负电荷在N点产生的场强方向由N指向O，则N点的合场强方向由N指向O，同理可知，L处的合场强方向由O指向L，由于正方形两对角线垂直平分，则L和N两点处的电场方向相互垂直，故A正确；正方形底边的一对等量异号电荷在M点产生的场强方向向左，而正方形上方的一对等量异号电荷在M点产生的场强方向向右，由于M点离上方一对等量异号电荷距离较远，则M点的电场方向向左，故B正确；由题图可知，M和O点位于两等量异号电荷的等势线上，即M和O点电势相等，所以将一带正电的点电荷从M点移动到O点，电场力做功为零，故C错误；由题图可知，L点的电势低于N点电势，则将一带正电的点电荷从L点移动到N点，电场力做功不为零，故D错误。(4)根据场源电荷的正负判断：取离场源电荷无限远处电势为零，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。空间中有多个点电荷时，某点的电势可以代数求和。逐点清3场强、电势、电势能的综合问题

4．(多选)如图，∠M是锐角三角形PMN最大的内角，电荷量为q(q＞0)的点电荷固定在P点。下列说法正确的是

(

)A．沿MN边，从M点到N点，电场强度的大小逐渐增大B．沿MN边，从M点到N点，电势先增大后减小C．正电荷在M点的电势能比其在N点的电势能大D．将正电荷从M点移动到N点，电场力所做的总功为负答案：BC

5．(2023·长沙高三调研)内陆盐矿中开采的氯化钠称为岩盐。如图所示，岩盐晶体结构中相邻的四个离子处于正方形的四个顶点，O点为正方形中心，A、B为两边中点，取无穷远处电势为零，关于这四个离子形成的电场，下列说法正确的是

(

)A．O点电场强度不为零 B．O点电势不为零C．A、B两点电场强度相同

D．A、B两点电势相等答案：D

解析：两等量正离子在O点的合场强为0，两等量负离子在O点的合场强为0，则四个离子在O点的合场强为0，A错误；由于等量异种电荷的连线的中垂线为等势线，则A、O、B都在同一等势线上，电势相同都为0，B错误，D正确；A、B两点电场强度大小相等，方向相反，C错误。一点一过分析场强、电势、电势能问题的三点注意(1)电场强度为零的地方电势不一定为零，如等量同种点电荷连线的中点；电势为零的地方电场强度也不一定为零，如等量异种点电荷连线的中点。(2)电场强度相等的地方电势不一定相等，如匀强电场；电势相等的地方电场强度不一定相等，如点电荷周围的等势面。(3)根据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，可判断电势能的变化情况。(二)电势差与电场强度的关系(精研点)逐点清1匀强电场中电场强度和电势差的关系

1.(2023·舟山模拟)如图，圆形区域内存在平行于圆面的匀强电场，mn和pq是圆的两条互相垂直的直径。将一带正电的粒子从另一直径ab的a点移到m点，其电势能增加量为ΔE(ΔE>0)，若将该粒子从m点移到b点，其电势能减少量也为ΔE，则电场强度的方向(

)A．平行直径ab，由b指向a B．平行直径ab，由a指向bC．垂直直径ab，指向mp弧

D．垂直直径ab，指向nq弧答案：D

解析：由于带正电的粒子从直径ab的a点移到m点，其电势能增加量为ΔE(ΔE>0)，根据W＝q(φa－φm)可知，静电力做负功，且φa<φm，若将该粒子从m点移到b点，其电势能减少量也为ΔE，根据W＝q(φm－φb)可知，静电力做正功，且φb<φm，由于电势能变化量相同，可知a点与b点电势相等，故直径ab是一条等势线，且m点电势高于a、b点电势，所以电场强度的方向垂直直径ab指向nq弧。逐点清2等分法确定电场线及电势高低

2．如图为静电除尘器除尘原理的示意图，a、b是直流高压电源的两极，图示位置的P、M、N三点在同一直线上，且PM＝MN。尘埃在电场中通过某种机制带上负电，在静电力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的，下列判断正确的是

(

)A．a是直流高压电源的正极B．电场中P点的场强小于M点的场强C．电场中M点的电势低于N点的电势D．电场中P、M间的电势差UPM等于M、N间的电势差UMN答案：C

解析：带负电的尘埃向集尘极迁移，说明集尘极接直流高压电源的正极，a是直流高压电源的负极，选项A错误；从放电极到集尘极的电场，因P点离放电极较近，P点的电场线比M点的电场线密，所以电场中P点的场强大于M点的场强，选项B错误；由于集尘极带正电，电势高，而沿着电场线方向电势逐渐降低，所以电场中M点的电势低于N点的电势，选项C正确；放电极与集尘极之间的电场是非匀强电场，故P、M间的电势差UPM不等于M、N间的电势差UMN，选项D错误。一点一过等分法确定电场线及电势高低的解题思路答案：C(三)等势面的理解与应用(精研点)1．几种典型电场的等势面电场等势面重要描述匀强电场垂直于电场线的一簇平面点电荷的电场以点电荷为球心的一簇球面等量异种点电荷的电场连线的中垂线上电势处处为零等量同种(正)点电荷的电场两点电荷连线上，中点的电势最低；在中垂线上，中点的电势最高续表2．等势面(线)结合运动轨迹的求解方法根据带电粒子在不同的等势面之间移动，结合题意确定电场力做正功还是做负功、电势能的变化情况或等势面的电势高低，垂直等势面(线)画出电场线来分析。[考法全训]考法1等势面的理解与应用1．(2021·全国甲卷)(多选)某电场的等势面如图所示，图中a、b、c、d、e为电场中的5个点，则

(

)A．一正电荷从b点运动到e点，电场力做正功B．一电子从a点运动到d点，电场力做功为4eVC．b点电场强度垂直于该点所在等势面，方向向右D．a、b、c、d四个点中，b点的电场强度大小最大答案：BD

解析：由题图可知φb＝φe，则正电荷从b点运动到e点，电场力不做功，A错误；由题图可知φa＝3V，φd＝7V，根据电场力做功与电势能的变化关系有Wad＝Epa－Epd＝(φa－φd)·(－e)＝4eV，B正确；沿电场线方向电势逐渐降低，则b点处的电场强度方向向左，C错误；由于电场线与等势面处处垂直，则可画出电场线大体分布如图所示，由图可知b点电场线最密集，则b点处的电场强度最大，D正确。2．(2021·全国乙卷)如图(a)，在一块很大的接地金属平板的上方固定一负电荷。由于静电感应，在金属平板上表面产生感应电荷，金属板上方电场的等势面如图(b)中虚线所示，相邻等势面间的电势差都相等。若将一正试探电荷先后放于M和N处，该试探电荷受到的电场力大小分别为FM和FN，相应的电势能分别为EpM和EpN，则

(

)A．FM＜FN，EpM＞EpN B．FM＞FN，EpM＞EpNC．FM＜FN，EpM＜EpN D．FM＞FN，EpM＜EpN答案：A

解析：等差等势面的疏密反映电场强度的大小，故N点的电场强度大于M点的电场强度，同一正的试探电荷在N点受到的电场力大，即FM＜FN；在负的点电荷形成的电场中，离负点电荷越近，电势越低，正的试探电荷的电势能越小，故φM＞φN，EpM＞EpN，A正确。考法2电场线、等势线与运动轨迹问题3.如图所示，实线为方向未知的三条电场线，虚线1、2、3分别为三条等势线，三条等势线与其中一条电场线的交点依次为M、N、Q点，已知MN＝NQ，电荷量相等的a、b两带电粒子从等势线2上的O点以相同的初速度飞出，仅在静电力作用下，两粒子的运动轨迹如图中虚线a′、b′所示，则

(

)A．a粒子一定带正电，b粒子一定带负电B．MN两点电势差大小|UMN|等于NQ两点电势差大小|UNQ|C．a粒子的加速度逐渐增大，b粒子的加速度逐渐减小D．a粒子从出发到等势线3过程的动能变化量比b粒子从出发到等势线1过程的动能变化量小答案：D

解析：由题图可知，a粒子的轨迹方向向右弯曲，a粒子所受静电力方向向右，b粒子的轨迹向左弯曲，b粒子所受静电力方向向左，由于电场线方向未知，无法判断粒子的电性，故A错误；由题可知，a粒子所受静电力逐渐减小，加速度减小，b粒子所受静电力逐渐增大，加速度增大，故C错误；已知MN＝NQ，由于MN段场强大于NQ段场强，所以MN两点电势差大小|UMN|大于NQ两点电势差大小|UNQ|，故B错误；根据静电力做功公式W＝Uq，|UMN|>|UNQ|，a粒子从等势线2到3静电力做的功小于b粒子从等势线2到1静电力做的功，所以a粒子到达等势线3的动能变化量比b粒子到达等势线1的动能变化量小，故D正确。1．[联系生活实际](多选)如图为某静电矿料分选器原理图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分别落在收集板中央的两侧。下列关于矿粉分离过程说法正确的是

(

)A．落在收集板左侧的矿粉带正电B．电场力对落在收集板两侧的矿粉均做负功C．矿粉的电势能均减小D．矿粉的电势能均增大答案：AC

解析：由题图知，匀强电场的方向水平向左，所以落在收集板左侧的矿粉带正电，A正确；因为落在收集板左、右两侧的矿粉所受电场力与其偏转方向均一致，所以电场力对落在两侧的矿粉都做正功，电势能均减小，故B、D错误，C正确。2．[体现学以致用]如图所示是高压电场干燥中药技术基本原理图，在大导体板MN上铺一薄层中药材，针状电极O和平板电极MN接高压直流电源，其间产生较强的电场。水分子是极性分子，可以看成棒状带电体，一端带正电，另一端带等量负电；水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去，在鼓风机的作用下飞离电场区域从而加速干燥。图中虚线ABCD是某一水分子从A处由静止开始的运动轨迹。下列说法正确的是

(

)A．A处的电场强度大于D处B．B处的电势高于C处C．水分子做匀变速运动D．水分子由A运动到C的过程中电势能减少答案：D解析：电场线密的地方电场强度大，A处的电场强度小于D处，A错误；顺着电场线方向电势降低，B处的电势低于C处，B错误；水分子受到的电场力是变力，所以做变加速运动，C错误；水分子两端带等量异种电荷，所以水分子的棒状与电场方向平行，且上端的电场强度大，受到较大的电场力，故水分子受到的合力沿电场线向上，即电场力对水分子做正功，根据功能关系可知电势能减少，D正确。3．[体现学以致用](多选)当兴奋在心肌传播，在人体的体表可以测出与之对应的电势变化，可等效为两等量点电荷产生的电场。如图是人体表面的瞬时电势分布图，图中实线为等差等势面，标在等势面上的数值分别表示该等势面的电势，a、b、c、d为等势面上的点，a、b为两电荷连线上对称的两点，c、d为两电荷连线中垂线上对称的两点，则