1.6 电势差与电场强度的关系

高一物理《电势差与电场强度的关系》知识点总结
一、匀强电场中电势差与电场强度的关系
1．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方向的距离的乘积．
2．公式：U AB ＝Ed .
二、公式E ＝U AB d
的意义 1．意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点之间的电势差与这两点沿电场强度方向的距离之比．
2．电场强度的另一种表述：电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势．
3．电场强度的另一个单位：由E ＝
U AB d 可导出电场强度的另一个单位，即伏每米，符号为V/m.
1 V/m ＝1 N/C.
三、电势差与电场强度的关系的理解
1．公式E ＝U AB d
及U AB ＝Ed 的适用条件都是匀强电场． 2．由E ＝U d
可知，电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势．式中d 不是两点间的距离，而是沿电场方向的距离．
3．电场中电场强度的方向就是电势降低最快的方向．
4．电场强度与电势都是用比值定义的物理量，它们都仅由电场本身性质决定，根据公式E ＝U AB d
不能得出电场强度和电势有直接关系，即电场强度大的点电势不一定高，电势高的点电场强度不一定大．
5. 在应用关系式U AB ＝Ed 时可简化为U ＝Ed ，即只把电势差大小、电场强度大小通过公式联系起来，电势差的正负、电场强度的方向可根据题意另作判断．
五、电势差的三种求解方法
(1)应用定义式U AB ＝φA －φB 来求解．
(2)应用关系式U AB ＝W AB q
来求解． (3)应用关系式U AB ＝Ed (匀强电场)来求解．。

6 电势差与电场强度的关系[学习目标] 1.理解匀强电场中电势差与电场强度的关系：U ＝Ed ，并了解其适用条件.2.会用U ＝Ed 或E ＝Ud解决有关问题.3.知道电场强度的另一个单位“伏(特)每米”的意义．一、匀强电场中电势差与电场强度的关系1．在匀强电场中，两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积． 2．公式：U AB ＝Ed . 3．适用条件： (1)匀强电场．(2)d 为两点沿电场方向的距离． 二、公式E ＝U ABd的意义1．意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与这两点沿电场强度方向距离的比值．2．电场强度的另一种表述：电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势． 3．电场强度的另一个单位：由E ＝U ABd 可导出电场强度的另一个单位，即伏[特]每米，符号为V/m.1V/m ＝1 N/C.1．判断下列说法的正误．(1)公式U ＝Ed 适用于所有电场．( × )(2)由U ＝Ed 可知，匀强电场中两点间的电势差与这两点的距离成正比．( × ) (3)匀强电场的场强值等于沿电场线方向每单位长度上的电势差值．( √ ) (4)在匀强电场中，任意两点间的电势差等于场强与这两点间距离的乘积．( × ) (5)电场强度越大的地方，等差等势面间的距离越小．( √ ) (6)电场线的方向就是电势降落最快的方向．( √ )2.如图1所示，场强为E ＝1.0×102 V/m 的匀强电场中，有相距d ＝2.0×10－2 m 的A 、B 两点，A 、B 连线与电场方向的夹角为60°，则A 、B 两点间的电势差为______ V.图1答案 1.0解析 U ＝Ed cos 60°＝1.0×102×2.0×10－2×12V ＝1.0 V.一、匀强电场中电势差与电场强度的关系在如图2所示的匀强电场中，场强大小为E，A、B是沿电场方向上的两点，其电势差为U AB，A、B之间相距为d.现将一个电荷量为q的电荷由A移到B.图2(1)从力和位移的角度计算静电力所做的功；通过A 、B 间的电势差计算静电力做的功． (2)比较两次计算的功的大小，说明电势差与电场强度有何关系． (3)B 、C 在同一等势面上，U AC 与电场强度有何关系？ 答案 (1)W AB ＝Fd ＝qEd W AB ＝qU AB (2)两次做功大小相等 U AB ＝Ed (3)U AC ＝Ed1．公式U AB ＝Ed 、E ＝U ABd的适用条件都是匀强电场．两公式中d 不是两点间的距离，而是两点所在的等势面的距离，只有当此两点在匀强电场中的同一条电场线上时，才是两点间的距离．2．由E ＝Ud 可知，电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势．3．电场中电场强度的方向就是电势降低最快的方向．例1如图3所示，在xOy平面内有一个以O为圆心、半径R＝0.1 m的圆，P为圆周上的一点，O、P两点连线与x轴正方向的夹角为θ.若空间存在沿y轴负方向的匀强电场，场强大小E＝100 V/m，则O、P两点的电势差可表示为()图3A．U OP＝－10sin θ (V)B．U OP＝10sin θ (V)C．U OP＝－10cos θ (V)D．U OP＝10cos θ (V)答案 A解析因为沿着电场线的方向电势降低，所以P点的电势高于O点的电势，则O、P两点的电势差U OP为负值．根据电势差与场强的关系可得U OP＝－Ed＝－E·R sin θ＝－10sin θ (V)，所以A正确．例2 如图4所示，P 、Q 两金属板间的电势差为50 V ，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d ＝10 cm ，其中Q 板接地，两板间的A 点距P 板4 cm.求：图4(1)P 板及A 点的电势．(2)保持两板间的电势差不变，而将Q 板向左平移5 cm ，则A 点的电势将变为多少？ 答案 (1)－50 V －30 V (2)－10 V解析 板间场强方向水平向左，可知Q 板电势最高．Q 板接地，则电势φQ ＝0，板间各点电势均为负值．(1)场强E ＝U QP d ＝5010×10－2 V/m ＝5×102 V/m Q 、A 间电势差U QA ＝Ed ′＝5×102×(10－4)×10－2 V ＝30 V 所以A 点电势φA ＝－30 V ，同理可求得P 板电势φP ＝U PQ ＝－50 V. (2)当Q 板向左平移5 cm 时， 两板间距离d ″＝(10－5) cm ＝5 cm Q 板与A 点间距离变为d ＝1 cm电场强度E ′＝U QP d ″＝505×10－2 V/m ＝1.0×103 V/m Q 、A 间电势差 U QA ′＝E ′d＝1.0×103×1.0×10－2 V ＝10 V所以A 点电势φA ′＝－10 V.1．电势差的三种求解方法(1)应用定义式U AB ＝φA －φB 来求解． (2)应用关系式U AB ＝W ABq来求解．(3)应用关系式U AB ＝Ed (匀强电场)来求解．2．在应用关系式U AB ＝Ed 时可简化为U ＝Ed ，即只把电势差大小、场强大小通过公式联系起来，至于电势差的正负、电场强度的方向可根据题意另作判断． 二、利用E ＝Ud定性分析非匀强电场U AB ＝Ed 只适用于匀强电场的定量计算，在非匀强电场中，不能进行定量计算，但可以定性地分析有关问题．(1)公式U ＝Ed 在非匀强电场中，E 可理解为相距为d 的两点间的平均电场强度．(2)当电势差U 一定时，场强E 越大，则沿场强方向的距离d 越小，即场强越大，等差等势面越密．(3)距离相等的两点间的电势差：E 越大，U 越大；E 越小，U 越小．例3如图5所示，实线为电场线，虚线为等势面，φa＝50 V，φc＝20 V，则a、c连线中点b的电势φb为()图5A ．等于35 VB ．大于35 VC ．小于35 VD ．等于15 V 答案 C解析 从电场线疏密可以看出ab 段场强大于bc 段场强，由U ＝Ed 可以判断U ab ＞U bc ，即φa －φb >φb －φc ，所以φb ＜φa ＋φc 2＝35 V.三、用等分法确定等势线和电场线1．在匀强电场中电势差与电场强度的关系式为U ＝Ed ，其中d 为两点沿电场方向的距离． 由公式U ＝Ed 可以得到下面两个结论：结论1：匀强电场中的任一线段AB 的中点C 的电势φC ＝φA ＋φB2，如图6甲所示．甲 乙图6结论2：在匀强电场中，沿任意方向相互平行且相等的线段两端点的电势差相等．如图乙中，线段AB ∥CD ，且AB ＝CD ，则U AB ＝U DC (或φA －φB ＝φD －φC )，同理有U AD ＝U BC . 2．确定电场方向的方法先由等分法确定电势相等的点，画出等势线，然后根据电场线与等势面垂直画出电场线，且电场线的方向由电势高的等势面指向电势低的等势面．例4如图7所示，虚线方框内有一匀强电场，A、B、C为该电场中的三点，已知：φA＝12 V，φB＝6 V，φC＝－6 V．试在该虚线框内作出该电场的示意图(画出几条电场线)，并要求保留作图时所用的辅助线．图7答案见解析图解析要画电场线，先找等势面(线)．＝3，将线段AC等分成三份，即使AH＝因为U AC＝φA－φC＝18 V、U AB＝φA－φB＝6 V，U ACU ABHF＝FC，则φH＝6 V，φF＝0，故B、H电势相等．同理可知，φD＝0，故D、F电势相等，连接BH、DF即为等势线，由电场线与等势面(线)垂直且由高电势指向低电势，可画出电场线如图所示．例5如图8所示，在平面直角坐标系中，有方向平行于坐标平面的匀强电场，其中坐标原点O处的电势为0 V，A点处的电势为6 V，B点处的电势为3 V，则电场强度的大小为()图8A ．200 V/mB ．200 3 V/mC ．100 V/mD ．100 3 V/m答案 A解析 在匀强电场中，沿某一方向电势降落，则在这一方向上电势均匀降落，故OA 的中点C 的电势φC ＝3 V(如图所示)，因此B 、C 在同一等势面上，O 点到BC 的距离d ＝OC sin α，而sin α＝OB OB 2＋OC2＝12，所以d ＝12OC ＝1.5×10－2 m ．则匀强电场的电场强度E ＝U d ＝31.5×10－2V/m ＝200 V/m ，故选项A 正确，选项B 、C 、D 错误．1．(对电场强度和电势差关系的理解)(多选)下列说法正确的是( )A ．由公式E ＝Ud 得，电场强度E 与电势差U 成正比，与两点间距离d 成反比B ．由公式E ＝Ud 得，在匀强电场中沿电场线方向上两点间距离越大，电场强度就越小C ．在匀强电场中，任意两点间电势差等于场强和这两点沿电场方向的距离的乘积D ．公式E ＝Ud 只适用于匀强电场答案 CD2.(用公式U ＝Ed 定性分析非匀强电场)如图9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．A 、B 、C 分别是这三个等势面上的点，且这三点在同一条电场线上．A 、C 两点的电势依次为φA ＝15 V 和φC ＝5 V ，则B 点的电势( )图9A ．一定高于10 VB ．一定等于10 VC ．一定低于10 VD ．无法确定答案 C解析 由正点电荷的电场线分布可知AB 段电场线比BC 段电场线密，则AB 段场强较大，根据公式U ＝Ed 可知，A 、B 间电势差U AB 大于B 、C 间电势差U BC ，即φA －φB >φB －φC ，得到φB <φA ＋φC 2＝10 V ，选项C 正确．3．(等分法确定电场线)a 、b 、c 是匀强电场中的三个点，各点电势分别为φa ＝10 V ，φb ＝2 V ，φc ＝6 V ，a 、b 、c 三点所在平面与电场方向平行，下列各图中电场强度的方向表示正确的是( )答案 D解析 由于是匀强电场，因此a 、b 连线中点的电势与c 点电势相等，电场强度的方向垂直于等势线且由高电势处指向低电势处，所以D 正确．考点一 公式U AB ＝Ed 的理解1．对公式E ＝U ABd 和U AB ＝Ed 的理解，下列说法正确的是( )A ．公式U AB ＝Ed 适用于计算任何电场中A 、B 两点间的电势差 B ．由U AB ＝Ed 知，A 点和B 点间距离越大，则这两点的电势差越大C ．由E ＝U ABd 知，匀强电场中A 、B 两点沿电场线的距离越大，则电场强度越小D ．公式中的d 是匀强电场中A 、B 所在的两等势面之间的距离 答案 D考点二 公式U AB ＝Ed 和E ＝U ABd的简单应用2.如图1所示，在匀强电场中，A 、B 两点相距10 cm ，E ＝100 V/m ，AB 与电场线方向的夹角θ＝120°，则A 、B 两点间的电势差为( )图1 A．5 V B．－5 V C．10 V D．－10 V 答案 B解析A、B两点在场强方向上的距离d＝AB·cos(180°－120°)＝10×12cm＝5 cm.由于φA<φB，则U AB＝－Ed＝－100×5×10－2 V＝－5 V，故选B.3.(多选)如图2所示，实线为电场线，虚线为等势线，且AB＝BC，电场中的A、B、C三点的场强分别为E A、E B、E C；电势分别为φA、φB、φC，AB、BC间的电势差分别为U AB、U BC，则下列关系中正确的是()图2A．φA>φB>φC B．E C>E B>E AC ．U AB >U BCD ．U AB ＝U BC答案 AB解析 A 、B 、C 三点处在同一条电场线上，根据沿着电场线的方向电势逐渐降落，有φA >φB >φC ，故A 正确；由电场线的密集程度可看出电场强度大小关系为E C >E B >E A ，故B 正确；电场线密集的地方电势降落较快，由U ＝Ed 知：U BC >U AB ，故C 、D 错误．4.如图3所示，沿x 轴正方向的匀强电场E 中，有一动点A 以O 为圆心，r ＝OA 为半径逆时针转动一周，O 与圆周上的A 点的连线OA 与x 轴正方向(E 方向)成θ角(θ<π2)，则此圆周上各点与A 点间最大的电势差为( )图3A ．U ＝ErB ．U ＝Er (sin θ＋1)C ．U ＝Er (cos θ＋1)D ．U ＝2Er答案 C解析 由U ＝Ed 知，与A 点间电势差最大的点应是沿场强方向与A 点相距最远的点，d max ＝r ＋r cos θ，所以U max ＝Er (cos θ＋1)，故C 项正确．5.(2019·福州一中高二期中)如图4所示，相距10 mm 的两等势面AA ′、BB ′，其间有一静止的油滴P ，已知它的重力为1.6×10－14N ，所带的电荷量是＋3.2×10－19C ，(AA ′与BB ′间电场为匀强电场)则下列判断正确的是( )图4A ．φA >φB ，U AB ＝100 V B ．φA >φB ，U AB ＝750 VC ．φA <φB ，U BA ＝500 VD ．φA <φB ，U BA ＝1000 V 答案 C解析 由于油滴静止，则油滴所受电场力与重力等大反向，即电场方向向上，故φA <φB ，由E ＝Fq ，F ＝G ，得E ＝5×104 V/m ，所以U BA ＝Ed AB ＝5×104×10－2 V ＝500 V ，故选项C 正确． 6．(多选)细胞膜的厚度等于700 nm(1 nm ＝10－9 m)，当膜的内外层之间的电压达到0.4 V 时，即可让一价钠离子渗透．设细胞膜内的电场为匀强电场，则当一价钠离子恰好渗透时( ) A ．膜内电场强度为5.71×105 V/m B ．膜内电场强度为1.04×106 V/mC ．每个钠离子沿电场方向透过膜时电场力做的功等于6.4×10－20J D ．每个钠离子沿电场方向透过膜时电场力做的功等于1.28×10－19J答案 AC解析 E ＝U d ＝0.47×10－7 V/m ≈5.71×105 V/m ，A 正确，B 错误；W ＝qU ＝1.6×10－19×0.4 J＝6.4×10－20 J ，C 正确，D 错误．7.如图5所示，在电场强度E ＝2×103 V/m 的匀强电场中有三点A 、M 和B ，AM ＝4 cm ，MB ＝3 cm ，AB ＝5 cm ，且AM 边平行于电场线，把一电荷量q ＝2×10－9 C 的正电荷从B 点移动到M 点，再从M 点移动到A 点，电场力做功为( )图5A．1.6×10－7 J B．1.2×10－7 JC．－1.6×10－7 J D．－1.2×10－7 J答案 C解析B、M在同一等势面上，正电荷由B到M电场力不做功，由M到A电场力做负功，W MA＝－qU AM＝－q·Ed＝－2×10－9×2×103×4×10－2 J＝－1.6×10－7 J，即电场力做功为－1.6×10－7 J.考点三等分法确定等势线和电场线8.a、b、c、d是匀强电场中的四个点，它们正好是一个矩形的四个顶点．电场线与矩形所在平面平行．已知a点的电势为20 V，b点的电势为24 V，d点的电势为4 V，如图6所示，由此可知c点的电势为()图6A．4 V B．8 V C．12 V D．24 V答案 B解析因为bc与ad平行且相等，由匀强电场特点可得：φb－φc＝φa－φd，解得φc＝8 V，故选项B正确.9．(多选)如图所示，A、B、C是匀强电场中平行于电场线的某一平面上的三个点，各点的电势分别为φA＝5 V，φB＝2 V，φC＝3 V，H、F三等分AB，G为AC的中点，在下列各示意图中，能正确表示该电场强度方向的是()答案BC解析匀强电场中将任一线段等分，则电势差等分，把AB等分为三段，AB间电压为3 V，则每等分电压为1 V，H点电势为4 V，F点电势为3 V，将FC相连，则FC为等势线，电场线垂直于FC，从高电势指向低电势，C正确；把AC相连，等分为两份，AC间电压为2 V，则G点电势为4 V，GH为等势线，电场线垂直于GH，从高电势指向低电势，B正确．10．(2020·邹城一中高二期中)如图7所示，abcd是矩形的四个顶点，它们正好处于某一匀强电场中，电场线与矩形所在平面平行，已知ab＝ 3 cm，ad＝3 cm；a点电势为15 V，b点电势为24 V，d点电势为6 V，则此匀强电场的电场强度大小为()图7A．300 V/m B．300 3 V/mC．600 V/m D．600 3 V/m答案 C解析连接b、d，则其中点O处的电势为15 V，可知aO为一条等势线，作等势线的垂线，即为电场线，如图所示，由几何关系得∠abe ＝30°，be ＝3cos 30° cm ＝0.015 m ，故E ＝U bebe ＝600 V/m ，故C 正确．11.如图8所示，A 、B 、C 、D 、E 、F 为匀强电场中一个边长为10 cm 的正六边形的六个顶点，A 、B 、C 三点电势分别为1.0 V 、2.0 V 、3.0 V ，则下列说法正确的是( )图8A ．匀强电场的电场强度大小为10 V/mB ．匀强电场的电场强度大小为2033 V/mC ．电荷量为1.6×10－19C 的正点电荷从E 点移到F 点，电荷克服电场力做功为1.6×10－19JD ．电荷量为－1.6×10－19 C 的负点电荷从F 点移到D 点，电荷的电势能减少4.8×10－19J答案 B解析将A、C两点连接，则A、C中点电势为2.0 V，而且恰好在EB连线上，所以E点电势为2.0 V，F、D两点的电势分别为1.0 V、3.0 V．DF连线距离为10 3 cm，根据E＝Ud＝2 0.13V/m＝2033V/m，所以A错误，B正确；U EF＝1 V，W EF＝qU EF＝1.6×10－19×1 J＝1.6×10－19 J，所以C错误；U FD＝－2 V，W FD＝qU FD＝－1.6×10－19×(－2) J＝3.2×10－19 J，负点电荷从F点移到D点，电荷的电势能减小3.2×10－19 J，故D错误．12.在带有等量异号电荷、相距10 cm的平行板A和B之间有一个匀强电场，如图9所示，电场强度E＝2.0×104 V/m，方向向下．电场中C点距B板3 cm，D点距A板2 cm.图9(1)若令A板接地，C、D两点的电势φC、φD分别是多少？C、D两点的电势差U CD等于多少？(2)一个电子从C点先移到P点，再移到D点，静电力做了多少功？答案(1)－1 400 V－400 V－1 000 V(2)1.6×10－16 J解析(1)沿着电场线方向电势降低，故D点的电势大于C点的电势，如果令A板接地，则φA ＝0，φC＝U CA＋φA＝Ed CA＝2×104 V/m×(－0.07 m)＝－1 400 V同理可得：φD＝U DA＋φA＝Ed DA＝2×104 V/m×(－0.02 m)＝－400 V所以U CD ＝φC －φD ＝－1 000 V.(2)由于静电力做的功与路径无关，一个电子从C 点先移到P 点，再移到D 点，静电力做功为： W CD ＝qU CD ＝(－1.6×10－19 C)×(－1 000 V)＝1.6×10－16 J.13.如图10所示为一个水平的匀强电场，在电场内某水平面上作一个半径为10 cm 的圆，在圆周上取如图所示的A 、B 、C 三点，已知A 、B 两点间电势差为1 350 V ，图10(1)求匀强电场的场强大小．(2)若在圆心O 处放置电荷量为10－8 C 的正点电荷，求C 点电场强度的大小和方向．(结果保留三位有效数字)答案 (1)9 000 V/m (2)1.27×104 N/C 方向与水平方向成45°角斜向右上 解析 (1)由题图知A 、B 两点沿匀强电场方向的距离 d ＝r ＋r2＝0.15 m ，所以匀强电场场强大小为E ＝Ud ＝9 000 V/m.(2)设正点电荷在C 处产生的电场强度大小为E 1，则 E 1＝kQr2＝9×103 N/C ，方向由O 指向C .C 处另有匀强电场，场强大小E ＝9×103 N/C ，方向水平向右，与E 1垂直，根据平行四边形定则，C 处合电场的场强大小为E ′＝E 21＋E 2≈1.27×104N/C ，方向与水平方向成45°角斜向右上．14.(2019·杭州六校联考高二期中)如图11所示，A 、B 为水平正对放置的平行金属板，板间距离为d ，一质量为m 的带电油滴在两金属板之间，若两金属板间加电压U AB ＝U ，油滴将保持静止．若两金属板间的电压减为原来的一半，经一段时间，油滴在空气阻力的作用下最后以速率v 匀速下降．设油滴在运动过程中质量和电荷量均保持不变，空气阻力与速度大小成正比(重力加速度为g )．求：图11(1)油滴所带电荷量；(2)油滴以速率v 匀速下降时受到空气阻力多大？(3)若要让油滴以速率2v 匀速上升．则两极板的电压应为多少？ 答案 (1)mgd U (2)12mg (3)2U解析 (1)q U d ＝mg 解得q ＝mgdU(2)F f ＝k v ＝mg －q U 2d ＝12mg ，(3)q U ′d－mg ＝k ·2v ，解得U ′＝2U .。

电势差和电场强度是电学中两个重要的概念，它们之间存在着密切的关系。

在研究电场的性质和电荷的相互作用时，电势差和电场强度是不可或缺的两个参数。

首先，我们来了解电势差的概念。

电势差是描述电场中两点之间电势差异的物理量。

它可以理解为单位正电荷从一个点移到另一个点时所作的功。

单位是伏特（V）。

电势差的大小与电荷的分布有关，与路径无关。

根据电势差的定义，我们可以得出如下公式：ΔV = -∫E • dl其中，ΔV代表电势差，E代表电场强度，dl代表路径微元。

接下来，我们来讨论电场强度的概念。

电场强度是描述电场中电荷受力大小和方向的物理量。

它可以理解为单位正电荷在某一点受到的力的大小。

单位是牛顿/库仑（N/C）。

电场强度的大小与电荷的分布、电场中的其他电荷有关。

根据电场强度的定义，我们可以得到如下公式：E =F / q其中，E代表电场强度，F代表电荷所受的力，q代表电荷大小。

接下来，我们来探讨电势差和电场强度的关系。

根据电势差的定义可以推导得到：ΔV = -∫（F / q）• dl通过上述公式可以看出，电势差与电场强度成负相关。

也就是说，当电场强度增大时，电势差会减小；当电场强度减小时，电势差会增大。

这是因为电势差是单位正电荷所作的功，而电场强度则是单位正电荷所受的力。

当单位正电荷在电场中受到的力增大时，所作的功也会增大，电势差相应地减小。

反之亦然。

此外，电势差还与电荷分布和路径有关。

相同的电场强度分布，不同的路径将产生不同的电势差。

这是因为电场强度随着位置的不同而变化，路径的不同将使积分结果产生差异。

因此，在计算电势差时，我们要考虑路径的选择。

综上所述，电势差和电场强度是密切相关的。

电势差是描述电场中两点电势差异的物理量，而电场强度是描述电场中电荷受力大小和方向的物理量。

电势差与电场强度成负相关，并且与电荷分布和路径有关。

在大多数情况下，我们可以通过电场强度来计算电势差，从而更好地理解电场的性质和电荷的相互作用。

电势差与电场强度的关系电势差与电场强度的关系【学习目标】1、理解匀强电场中电势差跟电场强度的关系U=Ed2、会用U=Ed或U解决有关问题Ed【要点梳理】要点一、电势差与电场强度的关系1．关系式推导如图所示，在匀强电场力作用下，电荷q从A点移动到B点．静电力做功W AB与U AB的关系为W AB＝qU AB，因为匀强电场中电场强度处处相等．所以电荷q所受静电力F＝qE是一个恒力，它所做的功为W AB＝Fd＝qEd．比较功的两个计算结果得：U AB＝Ed2．匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)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方向的距离的乘积．(2)公式：U AB＝Ed．要点诠释：(1)此公式只适用于匀强电场．(2)公式中d必须是沿场强方向的距离．当电场中的两点不在同一条电场线上时，d应为两点在场强方向上的投影的距离，亦为电场中的两点所在的等势面的垂直距离．距越小)的地方，场强越大．如图中左、右两端与上、下两部分比较就很明显．(4)电场强度与电势无直接关系．因为电场中某点电势的值是相对选取的零电势点而言的，选取的零电势点不同，电势的值也不同，而场强不变，零电势可以人为选取，而场强是否为零则由电场本身决定．初学者容易犯的一个错误是把电势高低与电场强度大小联系起来，误认为电场中某点电势高，场强就大；某点电势低，场强就小．要点三、电场强度、电势和电势差的比较电场强度E 电势ϕ电势差U区别定义放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值在电场中两点间移动电荷时，电场力所做的功跟电荷量的比值定义式FEq=pEqϕ=WUq=方向规定为正电荷在该点所受电场力的方向标量，无方向标量，无方向大小数值上等于单位电荷受到的力数值上等于单位正电荷具有的电势能数值上等于单位正电荷从一点移到另一点时，电场力所物理内项做的功物理意义 描述电场的力的性质 描述电场的能的性质 描述电场的能的性质联系 ①场强的方向是电势降落最快的方向，但电势降落的方向不一定是场强的方向②电势与场强大小之间不存在任何关系，电势为零的点，场强不一定为零；电势高的地方，场强不一定大；场强为零的地方，电势不一定为零；场强大的地方，电势不一定高③场强的大小等于沿场强方向每单位长度上的电势降落，即U E d=或U ＝Ed(匀强电场) ④电势差等于电场中两点电势间的差，即ab a bU ϕϕ=-要点四、 电场强度的三个公式的区别区别 公式物理含义 引入过程 适用范围 F E q = 是电场强度大小的定义式 F q ∝，F q 与F 、q 无关，是反映某点电场的性质适用于一切电场 2Q E k r = 是真空中点电荷场强的决定式 由F E q =和库仑定律导出 在真空中，场源电荷Q 是点电荷U E d = 是匀强电场中场强的决定式 由F ＝qE 和W ＝qU 导出匀强电场 说明：在选取物理公式时一定要注意公式的适用条件，应用时还要理解公式中各量的物理意义．要点五、用“等分法”计算匀强电场中的电势在匀强电场中，沿任意一个方向，电势降落都是均匀的，故在同一直线上相同间距两点间的电势差相等．如果把某两点间的距离等分为n段，则每段线段两端点的电势差等于原电势差的1/n倍，像这样采用这种等分间距求电势的方法，叫做等分法．要点诠释：(1)在已知电场中几点的电势时，如果要求其他某点的电势，一般采用“等分法”在电场中找与待求点的电势相同的等势点．等分法也常用在画电场线的问题中．(2)在匀强电场中，相互平行的相等的线段两端点电势差相等，用这一点可求解电势．【典型例题】类型一、匀强电场中电场强度与电势差的关系例1、关于匀强电场中场强和电势差的关系，下列说法正确的是( )A．任意两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积B．沿电场线方向，任何相同距离上电势降落必定相等C．电势降低的方向必是场强方向D．在相同距离的两点上，电势差大的其场强也大【思路点拨】正确理解匀强电场中场强与电势差的关系，注意场强的方向是电势降低“最快的”方向。

2014-2015学年第一学期 物理选修3-1导学案 编号：8 使用时间：2014.09 编写人：陈明生 审核人： 负责人： 班级： 小组： 姓名： 组内评价： 教师评价：第 页共 页 第 页共 页§1.6 《电势差与电场强度的关系》导学案学习目标：1、理解匀强电场中电势差与电场强度的关系U=Ed,并能推导出这个关系式。

2、会用关系式U=Ed 进行计算。

3、通过分析寻找物理量之间的内在联系,培养能力分析和推理能力。

4. 以极度的热情投入到学习中，在合作探究学习过程中体验学习的乐趣。

预习指导重点：场强与电势差关系的理解及应用。

难点：场强与电势差关系的理解及应用。

引入新课：电场强度和电势都是描述电场的物理量，它们之间有什么关系呢？本节课以匀强电场为例进行讨论。

自主学习，合作探究：一、电势差与电场强度的关系如图所示的匀强电场中有A 、B 两点,A 、B 两点位于同一条电场线上，B 、C 连线垂直电场线，已知场强大小为E ，A 、B 两点间的电势差为U AB ,A 、B 间距离为d ,电荷q 从A 点移动到B 点，回答下列问题：(1)电荷所受静电力是多少？从力和位移的角度计算静电力所做功的大小．通过A 、B 间的电势差计算静电力做功的大小．(2)比较两次计算的功的大小，电势差与电场强度有何关系？(3)在图中,如果将电荷从A 点移动到C 点，再利用(1)问的推导过程试着推导,能获得何结论？（已知AB 与AC 的夹角为θ）[要点提炼]1．公式U ＝Ed 只适用于_____________，其中d 为A 、B 两点沿电场方向的距离．2．电场中A 、B 两点的电势差U AB 跟电荷移动的路径___，由电场强度E 及A 、B 两点沿电场方向的距离d 决定．3.公式E ＝____说明电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势，且场强方向就是电势________的方向．4．在匀强电场中，沿任意一个方向，电势降落都是均匀的，故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等；在匀强电场中，相互平行且长度相等的线段两端点的电势差相等． 二、对电场强度的进一步理解1．教材中给出了电场强度的三个计算公式，这三个公式的物理意义及适用范围是不相同的，为了加强对这三个公式的理解，下面列表进行对比．请填空.2．为什么在等差等势面中等势面越密集的地方电场强度就越大？。

2013-2014学年第一学期 物理选修3-1导学案 编号：8 使用时间：2013.09 编写人：王金良 审核人： 负责人： 班级： 小组： 姓名： 组内评价： 教师评价：第 页共 页 第 页共 页图1—6—9§1.6 《电势差与电场强度的关系》导学案学习目标：1、理解匀强电场中电势差与电场强度的关系U=Ed,并能推导出这个关系式。

2、会用关系式U=Ed 进行计算。

3、通过分析寻找物理量之间的内在联系,培养能力分析和推理能力。

4. 以极度的热情投入到学习中，在合作探究学习过程中体验学习的乐趣。

使用说明：①用8分钟时间，通过阅读课本内容，独立完成自主学习部分的内容。

②独立完成针对性训练。

③如遇到解决不了的问题，用红笔标注出来，以便在小组讨论时解决。

预习指导重点：场强与电势差关系的理解及应用。

难点：场强与电势差关系的理解及应用。

引入新课：电场强度和电势都是描述电场的物理量，它们之间有什么关系呢？本节课以匀强电场为例进行讨论。

自主学习，合作探究：1、如图所示将电荷量为q 的电荷由A 移动到B 点,AB 间距离为d,场强为E, AB 两点间电势差为U AB ,（1）求电场力的功。

(2)推导U 和E 的关系.2、在匀强电场中两点间的电势差等于_____________与这两点沿__________方向上 的乘积．公式AB U = .3、在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的_____________与两点沿___________方向距离的比值，公式E ＝___________，单位___________．当堂达标：1. 已知空气的击穿电场强度为2×106 V ／m ，测得某一次闪电，设闪电的火花路径为直线，其火花长为1000m ，则发生这次闪电时，放电路径两端的电势差U ＝ V ，若这次闪电通过的电荷量为30C ，则释放的能量W ＝ J ．2.如图14－66所示，A 、B 两点相距10cm ，E ＝100V/m ，AB 与电场线方向夹角θ＝120°，求AB 两点间的电势差．3.在匀强电场中，将一电荷量为C 5102-⨯的负电荷A 点移动到B 点，其电势能增加了0.1J ，已知A 、B 两间距离2cm ，两点连线与电场方向成60°角，如图所示。

二、电势差与电场强度的关系“ w F-ABcosO E q API/ f OMBv/ ——— ------------q q qnf/=E・d E =—瓦0两点间的电势差匀事电场的场强I AB沿电场线方向的距离（等势面间J附注：1、在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差.2、 1 V/m=l N/C3、场强E的大小描述沿电场线方向电势降落的快慢.4、运算不用带符号三、有关于计算场强的三个公式（只适用于点电荷）2、如图所示，平行金属板A 与B 相距5cm,电源电压为 10v,则与％相距lcm 的C 点的场强为（） A. 1000V/mB. 500V/mC. 250V/mD. 200V/mD如果％接地，则C 点的电势为（A. 2VB. -2VC. 8V B3、如图甲是某电场中的一条电场线，A 、B 是这条电场 线上的两点，若将一负电荷从A 点自由释放，负电荷沿 电场线从A 到B 运动过程中的速度图象如图乙所示比较A 、B 两点电势的高低和场强大小可知（ ） A. q> A >(P B B ・ <p A <(p B c. E A >E B D . E A <E BBC)8• — • A4、如图，在光滑绝缘竖直细杆上，套有一小孔的带电 小球，小球质毘为m,带电荷量为・q,杆与以正电荷 Q 为圆心的某一圆周交于BC 两点，小球从A 点无初速 释放,AB 二BC=h,小球滑到B 点时速度大小为筋亦 ,求小球滑到C 点时速度的大小及AC 两点间的电势差.解:因B 、C 为同一等势面上的两点，所以小球从B 运动 到C 点的过程中，电场力做功为零，由动能定理得1 --- mv2小球从A 运动到C 的过程中，由动能定理得 1 °- qU AC + mg (2/?) = - mVc n _ mgh Jv ；U AC ~2q。

1.5电势差知识梳理：1、电场中两点间电势的差值叫做电势差，也叫电压，也叫电压。

计算公式：B A AB U ϕϕ-= ，q W U AB AB =（计算时要带上相应的正负号）思考：①电场中两点的电势差，与在这两点间移动的电荷的量，电场力做功的多少有关系吗？以上给出了U AB 的计算方法，那么U BA 该如何计算？U A B 是否等于U BA ？②零电势点的选取对电势的值有影响吗？对电势差的值有影响吗？电压与电势差是否含义相同？2、电势差与静电力做功之间的关系：=AB W q AB U （计算时要带上相应的正负号），此公式适用于任何电场。

思考：电场中两点间移动电荷所做功的多少，与这两点间的电势差以及此电荷的电路大小有关系吗？3、电场力做功的四种计算方法：（见参考书34页）4、有电场力做功时，运用功能关系解题应学会熟练运用动能定律：合外力做的功等于动能的改变量。

1.6电势差与电场强度的关系知识梳理：1、匀强电场中电势差与电场强度的大小关系： AB U =E d 或 E=d U AB （d 为沿场强方向的距离） 思考：上述公式的适用范围是？如果电荷不沿场强方向运动，d 应该如何计算？我们知道，零电势点可以认为选取，电场中某点的电势高低是否对该点的场强造成影响？2、匀强电场中电势差与电场强度的方向关系：电场中电场强度的方向就是电势降低得最快的方向。

思考：电势下降的方向就是电场强度的方向吗？电势为零处场强就为零吗？3、电场强度的三个公式：E=d U AB 、 E=q F 、 E=2r Q k 思考：三个公式的适用范围4、等分法计算匀强电场中的电势：①在匀强电场中，沿任意一条直线，电势降落都是均匀的②匀强电场中，平行等长线段两断线电势差相等③匀强电场中，两等势点的连线就是等势线。