文档文本内容
第20 讲 电场能的性质
内容导航
01
命题透视·考情前瞻
对标素养，研判高考命题趋势
02
思维建模·脉络梳理
搭建知识框架，构建系统思维
03
考点精讲·靶向突破
拆解核心考点，归纳解题范式
考点一 电场力做功 电势能和电势
知识点1 电场能相关物理量的概念
知识点2 电场力做功与电势差及电势能的关系
考向1 静电力做功、电势能及电势的关系 考向2 等势面和电场线的关系
考点二 电势差与电场强度的关系
知识点1 电势差与电场强度的公式及应用
考向1 匀强电场中利用等分法求电势或电场强度
考向2 非匀强电场中电场强度和电势差的定性判断
考点三 电场线、等势面与粒子运动轨迹
知识点1 带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法
考向1 带电粒子在电场中的运动轨迹问题
考点四 电场中的图像问题
知识点1 电场中的几种图像
考向1 E－x 图像 考向2 φ－x 图像 考向3 E p－x 图像
04
真题溯源·考向感知
溯源真题逻辑，感知高考考向
命题透视·考情前瞻
——对标素养，研判高考命题趋势
核心考点
2026 年
2025 年
2024 年
电场力做功与电势
能变化的关系
黑吉辽蒙联考卷4T,4 分
黑吉辽联考卷6T，4 分
电势的定义、单位
和物理意义
全国甲卷5T,6 分
考情分析
题型与考向：
1. 全国卷、新高考卷每年必考。题型以单项/多项选择题为主，分值为4—6 分；
2. 基础题考查概念辨析，属于必得分数，创新题（图像、复杂情境）难度较高。
3. 图像命题成为主流：图像题占比提升至45%，φ-x 图像、E-x 图像成为最热门
考查形式，重点考查从图像提取电场信息的能力
4. 概念理解要求提升：多在非均匀电场、不等量点电荷等复杂情境中考查对电
势、电势能概念本质的理解
情境与立意：
.
1.情境化创新增多：结合航天离子推进、静电除尘、质谱分析等实际科技情境命
题，要求考生从真实情境中抽象出电场模型，对建模能力要求明显提高。
.
2.综合化趋势明显：很少单独考查电场能，近80%的考题会结合电场力的性质（场
强、受力分析）一起考查，要求考生同时从力和能两个维度分析问题，对知识整
合能力要求更高。
复习目标
1.优先抓核心得分点：先掌握「电势电势能判断、电场力做功与电势能变化」两
个基础考点，这是占比最高、难度最低的必得分内容；
2.重点突破图像题：总结φ-x、E-x 图像的分析规律（φ-x 斜率为场强、E-x 面积
为电势差），集中练习近年真题中的图像题，就能搞定大部分创新考题；
3.区分概念避免混淆：理清电场强度（力的性质）、电势（能的性质）的区别：
场强大小和电势高低没有必然联系，场强大的地方电势不一定高，这是最常见易
错点。
思维建模·脉络梳理
考点精讲·靶向突破
——拆解核心考点，归纳解题范式
考点一 电场力做功 电势能和电势
知识点1 电场能相关物理量的概念
知●识●解●构
一、电势能 电势
1.电场力做功的特点
电场力做功与 无关，只与 有关。
2.电势能
（1）定义：电荷在电场中具有的势能，称为电势能。
（2）说明：电势能具有相对性，通常把 或 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WAB＝
。静电力对电荷做多少正功，电荷电
势能就 多少；电荷克服静电力做多少功，电荷电势能就 多少。
②电势能的大小：由WAB＝EpA－EpB可知，若令EpB＝0，则EpA＝WAB，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。
3.电势
（1）定义：试探电荷在电场中某点具有的 与它的
的比值。
（2）定义式：φ＝
。
（3）矢标性：电势是 ，有正、负之分，其正（负）表示该点电势比 高（低）。
（4）相对性：电势具有 ，同一点的电势因选取 的不同而不同。
4.等势面
（1）定义：电场中 的各点组成的面。
（2）四个特点
①等势面一定与 垂直。
②在 移动电荷时电场力不做功。
③电场线方向总是从 的等势面指向电势低的等势面。
④等差等势面越密的地方电场强度 ，反之 。
（3）常见电场线与等势面
电场
等势面（实线）图样
重要特点
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
两电荷连线的中垂面为等势面
等量同种正点电荷的电场
在电荷连线上，中点电势最低；在
中垂线上，中点电势最高
二、电势差
1.定义：电荷在电场中，由一点A 移到另一点B 时， 与移动电荷的 的比值。
2.定义式：UAB＝
。
3.电势差与电势的关系：UAB＝
，UAB＝－UBA。
知识点2 电场力做功与电势差及电势能的关系
知●识●解●构
1.电场力做功与电势差及电势能变化的关系
关系式WAB＝UABq＝EpA－EpB
(1)注意角标顺序：WAB表示电荷从A 移到B 电场力做的功；UAB表示φA－φB。
（2）应用的各量均代入正、负号。
(3)WAB＝UABq 适用于任何电场。
2.电场力做功正负的判断方法
（1）根据电场力与速度的夹角判断：夹角是锐角，电场力做正功；夹角是钝角，电场力做负功。
（2）根据WAB＝qUAB判断：由q 和UAB的正负，判断WAB的正负。
3.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
静电力做功
根据UAB＝，将WAB、q 的正负号代入，由UAB的正负判断φA、φB的高低
4.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Ep＝qφ，正电荷Ep的绝对值越大，电
势能越大；负电荷Ep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
考●向●破●译
考向1 静电力做功、电势能及电势的关系
例1 （2026·黑龙江·模拟预测）如图所示，竖直平面内存在一个非匀强电场，电场中有一固定光滑绝缘
细杆倾斜放置，A、B、C 是细杆上的三个点，且AB=BC。一带电小球套在细杆上，从A 点静止释放，沿
杆运动恰好能到达C 点。不计空气阻力，关于该过程，下列说法正确 的是（ ）
A．小球带正电
B．小球在C 点所受的静电力大小小于在A 点所受的静电力大小
C．小球在C 点的电势能大于在A 点的电势能
D．小球从A 点到B 点静电力做的功等于从B 点到C 点静电力做的功
【变式训练1·变载体】（2026·辽宁营口·二模）如图所示，长为l 的绝缘细线一端悬于O 点，另一端系一
质量为m、电荷量为q 的小球。现将此装置放在水平向右的匀强电场中，小球静止在A 点，此时细线与竖
直方向的夹角为37°。重力加速度大小为g，sin37°=0.6，下列说法正确的是（ ）
A．小球带正电
B．匀强电场的电场强度大小为4 mg
3q
C．现用外力缓慢把小球拉到最低点，电势能减少9mgl
20
D．在最低点由静止释放小球，小球到达A 点时细线的拉力大小为7mg
4
【变式训练2·新思维】（2025·内蒙古呼和浩特·一模）如图所示，A、B 两点分别固定电荷量为+3Q、
−Q的两个点电荷，以B 为圆心的圆交A、B 中垂线于C、D 两点，交AB 延长线于P 点，下列说法正确的
是（ ）
A．C、D 两点电场强度相同
B．C、D 两点电势不同
C．将一正电荷从C 点沿上方圆弧移至P 点，电势能减小
D．将一负电荷从P 点沿下方圆弧移至D 点，电场力做负功
考向2 等势面和电场线的关系
例2（2026·黑龙江哈尔滨·三模）截至2025 年底，中国高铁里程达到5 万公里。高铁站内两段水平钢轨连
接处设置有8mm 厚的机械绝缘节，起着电气绝缘和机械连接的作用，拉开后各部分如图甲所示。某次列
车经过绝缘节时，钢轨A、B 之间产生了约为60V 的电势差，此时绝缘节顶部空间的等势面分布如图乙所
示，其中c 点位于绝缘节正上方，下列说法正确的是（ ）
A．a 点的电势低于b 点
B．负电荷在a 点的电势能比在c 点大
C．c 点电场强度方向沿着x 轴负方向
D．绝缘节顶部的电场强度约为6.25×10
3V/m
【变式训练1·新思维】（2026·黑龙江哈尔滨·一模）两个−q的电荷和一个+2q的电荷附近的电场线分布
如图所示，d 是两负电荷连线的中点，c、d 两点到中间负电荷的距离相等，则（ ）
A．c 点比d 点的电势高
B．b 点与e 点电场强度相同
C．将负试探电荷从a 点移到e 点电场力做正功
D．负试探电荷的电势能a 点比b 点大
【变式训练2·新思维】（25-26 高二上·吉林延边）如图所示，在匀强电场中，有边长为10cm 的等边三角
形ABC，三角形所在平面与匀强电场的电场线平行，O点为该三角形的中心，三角形各顶点的电势分别
为φ A =1V，φB=2V，φC =3 V，电子电荷量为q =−1.6×10
−19C，下列说法正确的是（ ）
A．电场强度的方向由A指向C
B．匀强电场的电场强度大小为200 V/ m
C．将电子由A点移到C点，电子所受电场力做功为−3.2×10
−19J
D．在三角形ABC外接圆的圆周上，电势最低点的电势为(2−2❑√3
3 )V
考点二 电势差与电场强度的关系
知识点1 电势差与电场强度的公式及应用
知●识●解●构
1.电势差与电场强度的关系式：U＝ E · d ，其中d 为电场中两点间沿 电场线方向
的距离。
2.电场强度的方向和大小：电场中，电场强度方向是指 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 电场线方向 单位距离上降低的 电势 。
注意：U＝Ed 适用于匀强电场。
3.非匀强电场中公式U＝Ed 的定性应用
（1）判断电场强度大小：根据E＝，等差等势面越密，电场强度越大。
（2）判断电势差的大小：根据U＝Ed，距离相等的两点间，E 越大，U 越大。
考●向●破●译
考向1 匀强电场中利用等分法求电势或电场强度
例1 （2026·浙江温州·二模）如图所示，匀强电场方向平行于xOy 平面，A、B、C 是电场中的三点。电
荷量为−q的试探电荷先后放置在A、B、C 三点时，电势能分别为−E p、E p、−3 E p( E p>0)，下列说法
正确的是（ ）
A．BC 中点的电势为零
B．AC 间的电势差U AC = 2 E p
q
✨
得分速记
：
匀强电场中电势差与电场强度关系的三个推论
（1）在匀强电场中，如果将某两点间的距离等分为n 段，则每段两端点间的电势差等于原电势差
的，像这样采用等分间距求电势的方法，叫作等分法。
（2）匀强电场中的任一线段AB 的中点C 的电势φC＝，如图甲所示。
（3）在匀强电场中，相互平行且相等的线段两端点间的电势差相等，如图乙所示，▱ABCD 中，
UAB＝UDC，UBC＝UAD。
C．电场强度的大小E =
❑√2 E p
qd
D．电场强度的方向与x 轴正方向成45°
【变式训练1·新思维】（25-26 高二上·吉林长春）匀强电场平行于xOy 平面。a、b 两点坐标分别为（0，
8）和（3，0），电势分别为8V 和5V，原点O 的电势为2V。下列说法正确的是（ ）
A．电场强度大小为1.25V/m
B．场强方向平行于ab 连线
C．场强方向垂直于ab 连线
D．把电子从a 点沿aOb 移动到b 点，电势能先增大后减小
【变式训练2·新思维】（25-26 高二上·吉林延边）如图A，B，C 三点都在匀强电场中，已知AC ⊥BC，
∠ABC =60°，BC =20cm，把一个电荷量q =10
−5C的正电荷从A 移到B，电场力做功为零；从B 移到
C，电场力做功为−1.73×10
−3J，则该匀强电场的场强大小和方向是（❑√3=1.732）（ ）
A．865V/m，垂直AC 向左
B．865V/m，垂直AB 斜向下
C．1000V/m，垂直AB 斜向下
D．1000V/m，垂直AB 斜向上
考向2 非匀强电场中电场强度和电势差的定性判断
例2（2026·北京西城·二模）如图1，A、B、C是某电场中一条电场线上的三点，且AB = BC。一个负电
荷从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点经过B点运动到C点，其运动的v −t图像如图2 所示。
下列说法正确的是（ ）
A．三点的电场强度大小E A< EB< EC
B．三点的电势φ A>φB>φC
C．相邻两点间的电势差U BA>U CB
D．该负电荷在三点的电势能Ep A< Ep B< EpC
【变式训练1·新思维】（24-25 高二上·内蒙古包头）如图所示，一簇电场线的分布关于y 轴对称，O 是坐
标原点，M、N、P、Q 是以O 为圆心的一个圆周上的四个点，其中M、N 在y 轴上，Q 点在x 轴上，则（
）
A．M 点的电势比P 点的电势高
B．O、M 间的电势差小于N、O 间的电势差
C．一正电荷在O 点时的电势能小于在Q 点时的电势能
D．将一负电荷由P 点移到M 点，电场力做正功
【变式训练2·新思维】（25-26 高二上·辽宁）图为某建筑物上的避雷针和带电云层之间的电场线分布示意
图，a、b、c是同一电场线上的点，且ab=bc，a点的电势φa=8 V，b点的电势φb=5 V，c点的电势
记为φc。下列判断正确的是（ ）
A．φc=1V
B．φc=1.5 V
C．φc=2V
D．φc>2V
考点三 电场线、等势面与粒子运动轨迹
知识点1 带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法
知●识●解●构
1.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.判断静电力（或电场强度）的方向：仅受静电力作用时，带电粒子所受静电力方向指向轨迹曲线的
凹侧且与电场线相切，再根据粒子的正负判断电场强度的方向。
3.判断静电力做功的正负及电势能的增减：若静电力与速度方向成锐角，则静电力做正功，电势能减
少；若静电力与速度方向成钝角，则静电力做负功，电势能增加。
考●向●破●译
考向1 带电粒子在电场中的运动轨迹问题
例1 （2026·辽宁沈阳·三模）如图所示，图中实线b、c、d、e 为某静电场中的等差等势线，虚线为一个
电子在该静电场中的运动轨迹，电子的电量为−e，则下列判断正确的是（ ）
A．电子在A 点速度比在B 点大
B．电子在A 点加速度比在B 点小
C．电子在B 点的电势能比在A 点大
D．b、c、d、e 等势线中e 的电势最高
【变式训练1·新思维】（2026·辽宁鞍山·二模）如图，实线为某电场的等势线分布示意图，一个带电粒子
仅在静电力的作用下沿虚线轨迹由M 点运动到N 点，则（ ）
A．带电粒子带正电
B．等势线d 的电势最高
C．带电粒子在M 点受到的静电力大于在N 点受到的静电力
D．带电粒子在M 点具有的电势能大于在N 点具有的电势能
【变式训练2·新思维】（2026·黑龙江哈尔滨·模拟预测）如图所示，平行等距的竖直虚线为某电场的一组
等差等势面，一带电微粒以一定初速度射入电场后，恰能沿直线从A向B运动，则由此可知（ ）
A．A点的电势一定小于B点的电势
B．微粒从A到B点，电势能减小，机械能增大
C．若微粒从B点运动到A点，合力做正功
D．若初速度方向改变，微粒一定做曲线运动
考点四 电场中的图像问题
知识点1 电场中的几种图像
知●识●解●构
1．电场中常见的φ－x 图像：斜率表示电场强度E。解题方法：画一根电场线。
(1)点电荷的φ－x 图像(取无限远处电势为零)，如图．
(2)两个等量异种点电荷连线上的φ－x 图像，如图．
(3)两个等量同种点电荷的φ－x 图像，如图．
2．电场中常见的E－x 图像：E 的正负表示电场强度沿x 轴正负方向。与x 轴围成的面积表
示电势差。解题方法：画一根电场线。
(1)点电荷的E－x 图像
正点电荷及负点电荷的电场强度E 随坐标x 变化关系的图像大致如图所示．
(2)两个等量异种点电荷的E－x 图像，如图．
(3)两个等量正点电荷的E－x 图像，如图．
3．Ep－x 图像：Ep=-Eqx，斜率表示电场力。
考●向●破●译
考向1 E－x 图像
例1（2026•辽阳一模）如图甲所示，真空中固定一个半径为R、带电荷量为+Q 的均匀带电小圆环，取中
轴线为x 轴，圆环圆心为坐标原点，向右为正方向，中轴线上的电场强度分布如图乙所示。x、﹣x 是
坐标轴上电场强度最大的两点，电场强度最大值为Em。已知点电荷q 在距离为r 处产生的电势为
φ =k q
r
，k 为静电力常量。则下列说法正确的是（ ）
A．x 处电势为φ＝kQ
x
B．x 处场强大小为Em=k
Q⋅x
( x
2+ R
2)
3
2
C．O 点和x 处的电势差为Em x
2
D．若有带负电粒子沿x 轴从O 点一直向右运动，则其电势能先增加后减小
【变式训练1·新思维】（2026•九龙坡区校级模拟）沿空间某直线建立x 轴，该直线上的静电场方向沿x
轴，其电场强度E 随位置x 变化的图像如图所示，取x 轴正方向为电场强度正方向。现将一正电荷从x
轴上N 点由静止释放，若该电荷仅受电场力。已知ON＝OP，则（ ）
A．N、P 两点的电势相等
B．该电荷会在NP 两点间往复运动
C．由N 到P，该电荷的速度先增大后减小
D．由N 到P，该电荷的加速度先增大后减小
【变式训练2·新思维】（多选）（2025•哈尔滨校级四模）沿电场中某条直线电场线方向建立x 轴，该电
场线上各点电场强度E 随x 的变化规律如图所示，以x 轴正方向为电场强度的正方向，坐标点0、x1、
x2和x3分别与x 轴上O、A、B、C 四点相对应，相邻两点间距相等。一个带正电的粒子从x 轴上O 点
由静止释放，运动到A 点的动能为Ek，仅考虑电场力作用，则（ ）
A．从O 点到C 点，电势逐渐降低
B．粒子先做匀加速运动，后做变加速运动
C．粒子在AB 段电势能变化量大于BC 段的电势能变化量
D．粒子运动到C 点时动能大于3Ek
考向2 φ－x 图像
例2（2026•大庆模拟）某材料内部电场的电场强度E 与位置x 的关系如图所示。取O 点的电势为零，N
点到P 点的电势φ 随位置x 变化的图像可能为（ ）
A．
B．
C．
D．
【变式训练1·新思维】（2026•长春三模）真空中存在沿x 轴方向的静电场，电势φ 随位置x 变化的图像
如图所示。一电荷量为e 的负电粒子，仅在电场力作用下以1.5eV 的动能沿x 轴正方向经过x2点，下
列说法正确的是（ ）
A．x3点的电场强度大于x2点的电场强度
B．粒子在x3点的电势能为2eV
C．粒子在x3点两侧往复运动
D．粒子在x1点两侧往复运动
【变式训练2·新思维】（2026•齐齐哈尔一模）电荷量分别为q1、q2的两个点电荷，分别固定在x＝﹣x0
和x＝0 处，在它们形成的电场中，在x 轴正半轴上各点的电势如图中曲线所示，x＝x0处电势为零，x
＝2x0处电势最大。根据提供的信息，下列判断正确的是（ ）
A．两个点电荷可能带同种电荷
B．电荷量一定满足关系式2|q1|＝3|q2|
C．一电子从x＝x0处由静止释放，电势能一定先减小后增大
D．一电子从x＝x0处由静止释放，一定在x0∼3x0之间做往复运动
考向3 E p－x 图像
例3（2025 秋•长春）如图所示，在x 轴上的O 点固定一点电荷+Q，取x 轴正方向为电场强度正方向，一
带正电的试探电荷仅在电场力的作用下沿x 轴从A 点（x＝2r）运动到B 点（x＝4r）的过程中，下列
关于电场强度E、电势φ、电势能Ep、动能Ek随坐标x 变化的关系图像中，可能正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【变式训练1·新思维】（多选）（2025 秋•辽宁）在水平平面内存在范围足够大且方向平行x 轴方向的匀
强电场，一带电荷量为1×10﹣5C 的带正电小球沿x 轴运动，其经过x 轴上各点的电势能如图所示，下
列说法正确的是（ ）
A．匀强电场大小为4V/m
B．电场强度沿x 轴正方向
C．坐标为1cm 处的电势为1V
D．坐标为1cm 和3cm 两点间的电势差U13为8V
【变式训练2·新思维】（多选）（2025 秋•黑龙江校级）绝缘的水平面上存在着沿水平方向的电场，带负
电滑块（可视为质点）在水平面上不同位置所具有的电势能Ep如图甲所示，P 点是图线最低点。现将
滑块由x＝1m 处以v＝2m/s 的初速度沿x 轴正方向运动（如图乙），滑块质量m＝1kg、与水平面间的
动摩擦因数μ＝0.1，g 取10m/s2，则（ ）
A．电场中x＝3m 处的电势最低
B．滑块沿x 轴正方向运动过程中，速度先增加后减少
C．滑块运动至x＝3m 处，速度大小为2❑√2m/ s
D．滑块不可能到达x＝4m 处
1．（2021·全国乙卷·高考真题）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F M和F N，
相应的电势能分别为E p M和E p N，则（ ）
A．F M < F N , E pM > E pN
B．F M > F N , E pM > E pN
C．F M < F N , E pM < E pN
D．F M > F N , E pM < E pN
2．（2026·湖南·高考真题）如图，三个足够大的金属板A、B、C平行放置，B板到A、C板的距离分别为
04
真题溯源·考向感知
溯源真题逻辑，感知高考考向
d1、d2，d1<d2。a点到A、B板的距离相等，b点到B、C板的距离相等。A、C板均接地，B板带电。关于
a、b两点的电场强度Ea、Eb和电势φa、φb，下列关系正确的是（ ）
A．Ea> Eb
B．Ea< Eb
C．φa>φb
D．φa<φb
3．（2026·云南·高考真题）如图所示，在大小、方向均未知的匀强电场中，O、M、N 三点处于同一竖直
面内，将一质量为0.1kg、电荷量为1.0×10－6C 的带正电的小球（视为质点）从O 点抛出，小球1s 后到达
O 点正上方3m 处的M 点，再经1s 到达N 点，O、N 两点在同一水平线上且相距3m。不计空气阻力，重
力加速度g 取10m/s2，设电场强度大小为E，O、N 两点的电势分别为φO和φN，则（ ）
A．E = 6.7×105V/m，φO > φN
B．E = 6.7×105V/m，φO < φN
C．E = 5.0×105V/m，φO > φN
D．E = 5.0×105V/m，φO < φN
4．（2026·浙江·高考真题）手机电容式触摸屏的核心部件可简化为平行板电容器。当手指靠近触摸屏时，
电容器两极板和手指间的电场线分布如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．A 点的电场强度大于B 点的电场强度
B．将一电子从A 点移到B 点，电子的电势能增大
C．极板上表面C 点的电势等于下表面D 点的电势
D．若电子在E 点释放，仅受静电力作用将沿电场线ab 运动
