电场线与等势面
电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向，疏密表示场强大小；等势面是电势相等的点构成的面，处处与电场线垂直。电场线从正电荷（或无穷远）出发，终止于无穷远（或负电荷），不相交、不闭合；沿电场线方向电势逐渐降低。在等势面上移动电荷，电场力不做功；在任意两点间移动电荷，电场力做功 W_AB = qU_AB，只与两点的电势差有关，与路径无关。
电场强度与电场线
放入电场中某点的试探电荷所受的静电力 F 与它的电荷量 q 之比，叫作该点的电场强度，E = F/q，单位 N/C（等于 V/m），方向与正电荷在该点所受静电力的方向相同。真空中点电荷 Q 在距离 r 处产生的场强 E = kQ/r²，k = 9.0×10⁹ N·m²/C²。几个点电荷同时存在时，某点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和——这个模型画出的每一条电场线，都是一步一步沿着叠加后的场强方向追踪出来的。
例：Q = 1.0×10⁻⁹ C 的点电荷，在 r = 10 cm 处的场强 E = 9.0×10⁹ × 1.0×10⁻⁹ / 0.10² = 900 N/C，电势 φ = kQ/r = 90 V。
电势、电势差与等势面
电荷在电场中某点的电势能 Ep 与它的电荷量 q 之比，叫作该点的电势，φ = Ep/q，单位伏特（V）。电势是相对的，通常取无穷远处（或大地）电势为零，这个模型取无穷远处为零。两点电势之差叫电势差，U_AB = φ_A − φ_B。电场中电势相同的各点构成的面叫等势面，画面上的虚线是它与纸面的交线（等势线）。相邻等势线之间的电势差相等时，叫等差等势面，等差等势面越密的地方场强越大。
由于沿等势面移动电荷时电场力不做功，电场力（也就是场强）必须与等势面垂直；又因为正电荷顺着电场线移动时电场力做正功、电势能减少，所以沿电场线方向电势降低，电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。
几种典型电场
| 电场 | 电场线 | 等势面 | 要点 |
|---|---|---|---|
| 正点电荷 | 从电荷出发沿半径向外 | 以电荷为球心的一簇球面 | 越靠近电荷，场强越大、电势越高 |
| 负点电荷 | 从无穷远沿半径指向电荷 | 以电荷为球心的一簇球面 | 越靠近电荷，场强越大、电势越低（负值） |
| 等量异种电荷 | 从正电荷出发终止于负电荷 | 中垂面是一个等势面，电势为零 | 连线上中点场强最小；中垂线上中点场强最大，场强方向都平行于连线 |
| 等量同种电荷 | 互相“排斥”，在中点附近没有电场线 | 两电荷附近各自包围，远处合成一个 | 连线中点场强为零、电势不为零；中垂线上从中点向外场强先增大后减小 |
| 不等量异种电荷 | 大电荷发出的一部分终止于小电荷，其余到无穷远 | 电势为零的等势面包围着小电荷 | 在小电荷外侧的连线上有一点场强为零 |
| 匀强电场（平行板之间） | 平行、等距的直线 | 与电场线垂直的一组平行平面 | 各点场强大小、方向都相同，U = Ed |
电场力做功与电势能
W_AB = Ep_A − Ep_B = qU_AB = q(φ_A − φ_B)
电场力做正功，电势能减少；做负功，电势能增加。代入时 q 和 U_AB 都带正负号：正电荷从高电势移到低电势，电场力做正功；负电荷从高电势移到低电势，电场力做负功。例：等量异种电荷（±1.0×10⁻⁹ C，相距 16 cm）的电场中，把 +1.0×10⁻¹⁰ C 的试探电荷从 φ_A = 60 V 的点移到 φ_B = −40 V 的点，W_AB = 1.0×10⁻¹⁰ × 100 J = 1.0×10⁻⁸ J，电势能减少 1.0×10⁻⁸ J；不论走直线还是绕一大圈，结果都一样。
用这个模型做实验
- 依次点「正点电荷」「负点电荷」「等量异种」「等量同种」「+2Q 与 −Q」「平行板」，对照课本插图看电场线和等势线的形状，注意等势线（虚线）处处与电场线垂直。
- 拖动试探点 P，读出场强大小、方向和电势：在电场线密的地方 E 大，沿电场线走 φ 逐渐降低。等势间隔选 10 V，看越靠近点电荷等势线越密。
- 在「等量异种」里把 P 放到两电荷连线上，选「图像：过 P 的水平线」，看 φ-x 图像和 E-x 图像；再把 P 放到中垂线上，选「过 P 的竖直线」，看中垂线上电势处处为零、中点场强最大。换成「等量同种」做同样的比较。
- 选「+2Q 与 −Q」，找到画面右侧标出的“E = 0”点；勾选“电势分布（颜色）”，看电势为零的等势线包住了 −Q。
- 用「放 +Q」「放 −Q」自己摆出三个或更多电荷，拖动其中一个，看电场线怎样随之变化；选中电荷后可以改变电荷量和电性。
- 到「电场力做功」，拖动 A、B 两点，点「移动试探电荷」，看累计做功从 0 增加到 qU_AB；换成曲线路径再走一次，结果相同。点「B 移到 A 的等势线上」，做功为零。最后到「判断练习」做题。
常见问题
电场线有什么特点？
电场线是为了形象描述电场而假想的曲线，实际并不存在。它从正电荷或无穷远出发，终止于无穷远或负电荷；曲线上每一点的切线方向表示该点的场强方向，疏密程度表示场强的大小；任意两条电场线不相交（否则交点处场强会有两个方向），静电场的电场线也不闭合。匀强电场的电场线是间隔相等的平行直线。
等势面有什么特点？为什么电场线总与等势面垂直？
在同一等势面上任意两点间移动电荷，电场力不做功，所以电场力与等势面上的任何位移都垂直，也就是电场线与等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。不同的等势面不相交；相邻等势面间电势差相等时，等势面越密的地方场强越大。点电荷的等势面是一簇同心球面，匀强电场的等势面是一组垂直于电场线的平行平面。
等量异种电荷和等量同种电荷的电场有什么区别？
等量异种电荷：连线上场强方向由正电荷指向负电荷，中点场强最小但不为零；中垂线上各点场强方向都平行于连线、指向负电荷一侧，中点场强最大，向外逐渐减小；中垂线是一条等势线，取无穷远为零时电势为零。等量同种（正）电荷：连线中点场强为零，电势却不为零；中垂线上中点场强为零，向外先增大后减小，场强方向沿中垂线背离中点；中垂线上中点电势最高。
电场强度大的地方电势一定高吗？
不一定。场强由电场线的疏密决定，电势由沿电场线的位置决定，两者没有必然联系。例如负点电荷附近场强很大，电势却很低；等量同种电荷连线的中点场强为零，电势却不为零；等量异种电荷中垂线上的中点场强最大，电势却为零。判断电势高低只看沿电场线方向电势降低，判断场强大小看电场线疏密或等差等势面的疏密。
怎样判断电场力做功的正负和电势能的变化？
方法一：看电场力与位移的夹角，小于 90° 做正功，大于 90° 做负功，垂直（沿等势面移动）不做功。方法二：用 W_AB = qU_AB = q(φ_A − φ_B)，把 q 和 U_AB 的正负号代入计算。电场力做正功，电势能减少；做负功，电势能增加，且 W_AB = Ep_A − Ep_B。简单地说：正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大。
带电粒子在电场中一定沿电场线运动吗？
不一定。电场线上某点的切线方向是电荷在该点的受力方向（正电荷）或其反方向（负电荷），而运动轨迹由受力和初速度共同决定。只有电场线是直线、粒子从静止释放或初速度沿电场线方向（且只受电场力）时，轨迹才与电场线重合。电场线是弯曲的时候，粒子轨迹一般不会沿电场线，轨迹弯向受力的一侧。
适用课程
人教版高中物理必修第三册第九章《静电场及其应用》第 3 节“电场 电场强度”（点电荷的电场、电场强度的叠加、电场线、匀强电场），第十章《静电场中的能量》第 1 节“电势能和电势”、第 2 节“电势差”（等势面）、第 3 节“电势差与电场强度的关系”。常见题型有“由电场线疏密比较场强大小、由电场线方向比较电势高低”“等量同种、异种电荷连线和中垂线上场强与电势的变化”“φ-x、E-x 图像分析”“判断电场力做功的正负和电势能的变化”“由等势面画电场线、由轨迹判断电性与受力方向”等。