电动力学中的电场强度与电势差电动力学是物理学中研究电荷和电场之间相互作用的一个分支。
在电动力学中，电场强度和电势差是两个重要概念，它们描述了电荷在电场中的行为和相互作用。
本文将以电动力学中的电场强度与电势差为主题，介绍这两个概念以及它们的数学表达式和物理意义。
一、电场强度电场强度是一个矢量量，描述了电场对单位正电荷的作用力。
假设有一个点电荷Q在电场中产生的电场，那么在任意一点P处，电场强度E的大小等于单位正电荷在该点所受的电场力F除以该单位正电荷的电量q：\[E = \frac{F}{q}\]电场强度的方向则是单位正电荷所受力的方向。
由于电场力是库仑力，与电荷的正负有关，因此电场强度具有正负之分。
对于正电荷，电场强度指向远离电荷的方向；而对于负电荷，则指向靠近电荷的方向。
根据库仑定律，电场强度与电荷之间的关系为：\[E = \frac{k \cdot Q}{r^2}\]其中，k为库仑定数，Q为电荷的大小，r为距离点电荷的距离。
从上式可以看出，电场强度随着距离的增加而减小，符合反比例关系。
二、电势差电势差是描述电场中电势能的一个物理量。
在电场中，电势能是由电荷所具有的，而电势差则是指在电场中，由于电荷的移动而改变的电势能。
在电场中，电势差的大小等于单位正电荷从A点移动到B点所经历的电势能变化，即：\[\Delta V = V_B - V_A\]其中，∆V表示电势差，VB和VA分别表示点B和点A的电势。
电势差可以简单地理解为“电压”，它决定了电荷在电场中的运动方向和大小。
电势差与电场强度之间存在数学关系，可以通过以下公式计算：\[\Delta V = -\int_{A}^{B}E \cdot dl\]其中，∆V表示电势差，E表示电场强度，dl表示移动的路径元素。
这个公式称为电势差的线积分表达式，它由电场强度沿路径的线积分给出。
三、电场强度与电势差的关系电场强度和电势差之间存在一个重要的关系，即：\[E = -\frac{{dV}}{{dr}}\]这条公式表示，电场强度的大小等于电势差对距离的导数。
第4课时 电场强度与电势的关系 电场中的功能关系要点一 电场强度与电势的关系 【自学再现】1、电场强度是反映电场 的性质的物理量，而电势则是反映电场 的性质的物理量。
二者与试探电荷 。
2、电势跟零电势点的选取有关，而电势差与零电势点的选取是无关的！3、电场强度的方向是电势降低最快的方向。
4、匀强电场中，场强E 与电势差U 的关系为 。
5、匀强电场中，由U=Ed 可知，沿任何方向（除等势面）电势的变化都是均匀的，即电势差U 与距离成正比关系。
【规律方法】1、 电场强度和电势比较（1） 电势与电场强度的大小没有必然联系，某点的电势为零，而电场强度不一定是零，反之亦然。
（2） 电势和电场强度都是由电场本身的因素决定，与该点的试探电荷无关。
（3） 沿着电场线的方向电势越来越低，电场线的方向是电势降落最快的方向，电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，且电场线永远垂直于等势面。
、2、关系式：U=Ed 只适用于匀强电场，同时要注意d 是沿场强方向的距离！即学即用1.如图1所示,ABCD 是匀强电场中一正方形的四个顶点,已知A 、B 、C 三点的电势分别为ϕA =15 V, ϕB =3 V, ϕC =-3 V,由此可得D 点电势ϕD = .图12、如图2所示，在沿x 轴正方向的匀强电场E 中，有一质点A 以O 为圆心、以r 为半径逆时针转动，当质点A 转动至其与O 点的连线与x 轴正方向间夹角为θ时，则O 、A 两点间的电势差为（ ） A.Er U A =0 B.θsin 0Er U A = C.θcos 0Er U A= D.θcos 0r EU A =3、如图1－6－18中A 、B 、C 三点都在匀强电场中，已知AC ⊥BC ，∠ABC ＝60°，BC ＝20 cm ，把一个电荷量q ＝10－5C 的正电荷从A 移到B ，静电力做功为零，从B 移到C ，静电力做功为－1.73×10－3J ，则该匀强电场的场强大小和方向是( )A ．865 V/m ，垂直AC 向左B ．865 V/m ，垂直AC 向右 C ．1000 V/m ，垂直AB 斜向上D ．1000 V/m ，垂直AB 斜向下图1－6－18图21.如右图，a 、b 、c 、d 是匀强电场中的四个点，它们正好是一个梯形的四个顶点．电场线与梯形所在的平面平行．ab 平行cd ，且ab 边长为cd 边长的一半，已知a 点的电势是3 V ，b 点的电势是5 V ，c 点的电势是7 V ．由此可知，d 点的电势为( C )A ．1VB ．2VC ．3VD ．4V2. (2011年湖北黄冈质检)如图1－6－16所示，图中五点均在匀强电场中，它们刚好是一个圆的四个等分点和圆心．已知电场线与圆所在平面平行．下列有关圆心O 和等分点a 的电势、电场强度的相关描述正确的是( )A ．a 点的电势为6 VB ．a 点的电势为－2 VC ．O 点的场强方向指向a 点D ．O 点的场强方向指向电势为2 V 的点图1－6－162.(2008·海南·6)如图所示,匀强电场中有a 、b 、c 三点,在以它们为顶点的三角形中,∠a = 30°,∠c =90°.电场方向与三角形所在平面平行.已知a 、b 和c 点的电势分别为(2-3) V 、(2+3) V 和2 V.该三角形的外接圆上最低、最高电势分别为 ( ) A.(2-3) V 、(2+3) V B.0 V 、4 VC.（2-334）V 、（2+334）V D.0 V 、23 V 1、如图所示，三个同心圆是同一个点电荷周围的三个等势面，已知这三个圆的半径成等差数列。
1电场强度公式：E=F/q（定义式）E=U AB/d（匀场强）E=W AB/qd E=kQ/r2 2只有重力和电场力做功时，机械能和电势能相互转换，但总量保持不变。
电场力：F = E/q3电势能与电势的关系：电势=电势能/电荷（φ=E P/q，E PA=qφA，E PB=qφB）4电场强度与电势差：U AB=Ed (W AB=qElcosθ=qEd=qU AB)5静电力做功与电势能变化的关系：电场力所做的功等于电势能的减少量U AB=W AB/q，W AB= ΔE P减=E pA-E pB=qφA -qφB=q U AB =q Ed6 电容：C=Q/U C=εS/4πkd (ε:介电常数，k:静电力常量=9.0×109N•m2/C2)7动能定理：合外力所做的功等于动能的变化（只有重力做功时，物体的势能变化量等于动能变化量，合外力做正功，动能增加；做负功，动能减小）W 合=ΔE k8机械能守恒：只有重力或弹力对物体做功的条件下(或者不受其他外力的作用下），物体的动能和势能（包括重力势能和弹性势能）发生相互转化，但机械能的总量保持不变。
E k1+E p1=E k2+E p2； E1=E2；W= ；E减=E增（E k减=E p增、E p减=E k增）9 带电粒子在电场中的加速运动：W=ΔE k增或qU=mvt2/210 带电粒子在电场中的偏转（不考虑重力）：类平抛运动物理选修3-1经典复习一、电场1.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷(e＝1.60×10-19C）；带电体电荷量等于元电荷的整数倍2.库仑定律：F＝kQ1Q2/r2（真空中的点电荷）｛F:点电荷间的作用力(N)；k:静电力常量k＝9.0×109N•m/C；Q1、Q2:两点电荷的电量(C)；r:两点电荷间的距离(m)；作用力与反作用力；方向在它们的连线上；同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引｝3.电场强度：E＝F/q（定义式、计算式)｛E:电场强度(N/C)，是矢量（电场的叠加原理）；q：检验电荷的电量(C)｝4.真空点（源）电荷形成的电场E＝kQ/r2｛r：源电荷到该位置的距离（m），Q：源电荷的电量｝5.匀强电场的场强E＝U AB/d ｛U AB:AB两点间的电压(V)，d:AB两点在场强方向的距离(m)｝6.电场力：F＝qE ｛F:电场力(N)，q:受到电场力的电荷的电量(C)，E:电场强度(N/C)｝7.电势与电势差：U AB＝φA-φB，U AB＝W AB/q＝ΔE P减/q8.电场力做功：W AB＝qU AB＝qEd＝ΔE P减｛W AB:带电体由A到B时电场力所做的功(J)，q:带电量(C)，U AB:电场中A、B两点间的电势差(V)(电场力做功与路径无关),E:匀强电场强度,d:两点沿场强方向的距离(m)；ΔE P减：带电体由A到B时势能的减少量｝9.电势能：E PA＝qφA｛E PA:带电体在A点的电势能(J)，q:电量(C)，φA:A点的电势(V)｝10.电势能的变化ΔE P减＝E PA-E PB｛带电体在电场中从A位置到B位置时电势能的减少量｝11.电场力做功与电势能变化W AB＝ΔE P减＝qU AB (电场力所做的功等于电势能的减少量)12.电容C＝Q/U(定义式,计算式) ｛C:电容(F)，Q:电量(C)，U:电压(两极板电势差)(V)｝13.平行板电容器的电容C＝εS/（4πkd）（S:两极板正对面积，d:两极板间的垂直距离，ω：介电常数）14.带电粒子在电场中的加速(V o＝0)：W＝ΔE K增或qU＝mVt2/215.带电粒子沿垂直电场方向以速度V o进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用) ：类平抛运动(在带等量异种电荷的平行极板中：E＝U/d)垂直电场方向:匀速直线运动L＝V ot平行电场方向:初速度为零的匀加速直线运动d＝at2/2，a＝F/m＝qE/m ＝q U /m注: (1)两个完全相同的带电金属小球接触时,电量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分,原带同种电荷的总量平分；(2)电场线从正电荷出发终止于负电荷,电场线不相交,切线方向为场强方向,电场线密处场强大,顺着电场线电势越来越低,电场线与等势线垂直； (3）常见电场的分布要求熟记；(4)电场强度（矢量）与电势（标量）均由电场本身决定,而电场力与电势能还与带电体带的电量多少和电荷正负有关；(5)处于静电平衡导体是个等势体,表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面，导体内部合场强为零,导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面；(6)电容单位换算：1F＝106μF＝1012PF；(7）电子伏(eV)是能量的单位,1eV＝1.60×10-19J；(8)其它相关内容：静电屏蔽、示波管、示波器及其应用、等势面二、恒定电流1.电流强度：I＝q/t｛I:电流强度(A），q:在时间t内通过导体横载面的电量(C），t:时间(s）｝2.欧姆定律：I＝U/R ｛I:导体电流强度(A)，U:导体两端电压(V)，R:导体阻值(Ω)｝3.电阻、电阻定律：R＝ρL/S｛ρ:电阻率(Ω•m)，L:导体的长度(m)，S:导体横截面积(m2)｝4.闭合电路欧姆定律：I＝E/(r +R)或E＝Ir+ IR（纯电阻电路）； E＝U内 +U外；E＝U外 + I r ；（普通适用）｛I:电路中的总电流(A)，E:电源电动势(V)，R:外电路电阻(Ω)，r:电源内阻(Ω)｝5.电功与电功率：W＝UIt，P＝UI｛W:电功(J)，U:电压(V)，I:电流(A)，t:时间(s)，P:电功率(W)｝6.焦耳定律：Q＝I2Rt｛Q:电热(J)，I:通过导体的电流(A)，R:导体的电阻值(Ω)，t:通电时间(s)｝7.纯电阻电路和非纯电阻电路8.电源总动率P总＝IE；电源输出功率P出＝IU；电源效率η＝P出/P总｛I:电路总电流(A)，E:电源电动势(V)，U:路端电压(V)，η：电源效率｝9.电路的串/并联：串联电路(P、U与R成正比) 并联电路(P、I与R成反比)11.伏安法测电阻1、电压表和电流表的接法2、滑动变阻器的两种接法三、磁场1.磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量, B =Φ/S,是矢量，单位(T),1T＝1N/（A•m）2.安培力F＝BIL (注：I⊥B) ； {B:磁感应强度(T),F:安培力(F),I:电流强度(A),L:导线长度(m)}3.洛仑兹力f＝qVB(注V⊥B);质谱仪｛f:洛仑兹力(N)，q:带电粒子电量(C)，V:带电粒子速度(m/s)｝4.在重力忽略不计(不考虑重力)的情况下,带电粒子进入磁场的运动情况(掌握两种)：（1）带电粒子沿平行磁场方向进入磁场:不受洛仑兹力的作用,做匀速直线运动V＝V0(2)带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场:做匀速圆周运动,规律如下(a) f洛＝F向＝mV2/r＝mω2r＝m (2π/T)2r＝qVB；r＝mV/qB；T＝2πm/qB；(b)运动周期与圆周运动的半径和线速度无关,洛仑兹力对带电粒子不做功(任何情况下)； (c)解题关键:画轨迹、找圆心、定半径、圆心角（＝弦切角的二倍）注：(1)安培力和洛仑兹力的方向均可由左手定则判定，只是洛仑兹力要注意带电粒子的正负；(2)磁感线的特点及其常见磁场的磁感线分布要掌握；(3)其它相关内容：地磁场、磁电式电表原理、回旋加速器、磁性材料。
