電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系知識(shí)要點(diǎn)和常見題型

1、第6節(jié)電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系知識(shí)要點(diǎn)要點(diǎn)一 公式UEd的適用圍和電場(chǎng)強(qiáng)度表達(dá)式的對(duì)比公式UEd雖然是由勻強(qiáng)電場(chǎng)導(dǎo)出來的，但該結(jié)論具有普遍意義，盡管該公式一般只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)的計(jì)算，但對(duì)其他非勻強(qiáng)電場(chǎng)亦可用于定性判斷下表是電場(chǎng)強(qiáng)度的三個(gè)公式對(duì)比：公式 區(qū)別物理含義引入過程適用圍E是電場(chǎng)強(qiáng)度大小的定義式Fq，E與F、q無關(guān)，反映的是電場(chǎng)的性質(zhì)任何電場(chǎng)Ek是真空中點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的決定式由E和庫侖定律導(dǎo)出點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)E是勻強(qiáng)電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)的決定式由FqE和WqU導(dǎo)出勻強(qiáng)電場(chǎng)要點(diǎn)二 公式EU/d的理解和如何把公式應(yīng)用到非勻強(qiáng)電場(chǎng)中1公式E反映了勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差之間的關(guān)系，由公式可知，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向

2、就是電場(chǎng)中電勢(shì)降低最快的方向2公式中d可理解為電場(chǎng)中兩等勢(shì)面之間的距離，由此可得出一個(gè)結(jié)論：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，兩長度相等且相互平行的線段的端點(diǎn)間的電勢(shì)差相等3對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)，用公式E可以定性分析某些問題例如E越大處，等差等勢(shì)面距離d越小因此可以斷定，等勢(shì)面越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度也越大4E適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)的計(jì)算，但對(duì)于某些非勻強(qiáng)電場(chǎng)問題，有時(shí)也可以進(jìn)行定性地分析. 問題探究1.電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)和電勢(shì)差的區(qū)別與聯(lián)系是什么？描述電場(chǎng)的物理量與意義電場(chǎng)強(qiáng)度E電勢(shì)電勢(shì)差UAB電場(chǎng)的力的性質(zhì)電場(chǎng)的能的性質(zhì)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間對(duì)電荷做功的本領(lǐng)對(duì)電場(chǎng)中的電荷的描述靜電力F電勢(shì)能Ep靜電力做功W相互關(guān)系FqEEpqWqUABWEp

3、，UEd由表中可以看出，電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量，可以理解為已知電場(chǎng)強(qiáng)度，就可以知道任意電荷在該點(diǎn)的受力情況；同理，已知時(shí)，可得任意電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能；已知UAB時(shí)，可得到在AB間移動(dòng)任意電荷時(shí)靜電力所做的功2電場(chǎng)線是直線的電場(chǎng)有哪些常見情況？(1)點(diǎn)電荷電場(chǎng)(如圖163所示)圖163(2)等量異種電荷連線(如圖164所示)圖164(3)勻強(qiáng)電場(chǎng)(如圖165所示)圖165可見，一條電場(chǎng)線是直線，不一定是勻強(qiáng)電場(chǎng)只有在勻強(qiáng)電場(chǎng)中可以直接應(yīng)用UEd，在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中只能對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行定性分析. 例題分析一、勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系例1 圖166所示是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的一組等勢(shì)面，若A、

4、B、C、D相鄰兩點(diǎn)間距離都是2 cm，則該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為_ V/m，到A點(diǎn)距離為1.5 cm的P點(diǎn)電勢(shì)為_ V.圖166答案2.5解析因?yàn)殡妶?chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，所以可用E求解，但必須明確d是指A、B兩點(diǎn)在電場(chǎng)線方向上的距離，且各單位必須用國際單位制中的單位所以E V/m V/mUBPEsin 60°×0.005× V2.5 VP2.5 V二、非勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)線例2 (1)如圖167是一非勻強(qiáng)電場(chǎng)，某一電場(chǎng)線上A、B、C三點(diǎn)，比較UAB和UBC的大小圖167(2)如圖168所示，在同一幅等差等勢(shì)面圖中，為什么等勢(shì)面越密的地方場(chǎng)強(qiáng)越大？圖168答案(1)UAB>UBC

5、(2)見解析解析(1)由電場(chǎng)線分布可知，AB段的任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都大于BC段任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，故AB段場(chǎng)強(qiáng)的平均值E1大于BC段場(chǎng)強(qiáng)的平均值E2，又UABE1·；UBCE2·，故UAB>UBC.(2)在同一幅等差等勢(shì)面圖中，我們往往把每個(gè)相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差取一個(gè)定值，如果相鄰等勢(shì)面的間距越小(等勢(shì)面越密)，那么場(chǎng)強(qiáng)EU/d就越大. 對(duì)點(diǎn)練習(xí)1.下列公式適用于任何電場(chǎng)的是()AWqUBUEdCEDEk2如圖169所示是一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面，圖169每兩個(gè)相鄰等勢(shì)面相距2 cm，由此可以確定電場(chǎng)強(qiáng)度的方向和數(shù)值是()A豎直向下，E100 V/mB水平向左，E100 V/mC水平

6、向左，E200 V/mD水平向右，E200 V/m3如圖1610中圖1610a、b、c是一條電場(chǎng)線上三個(gè)點(diǎn)，電場(chǎng)線的方向由a到c，a、b間的距離等于b、c間的距離，用a、b、c和Ea、Eb、Ec分別表示a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)和電場(chǎng)強(qiáng)度，可以斷定()Aa>b>c BEa>Eb>EcCabbc DEaEbEc4如圖1611所示圖1611的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有a、b、c三點(diǎn)，5 cm，12 cm，其中ab沿電場(chǎng)方向，bc和電場(chǎng)方向成60°角一個(gè)電荷量為q4×108 C的正電荷從a移到b，靜電力做功為W11.2×107 J求：(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)(2)電荷從

7、b移到c，靜電力做的功(3)a、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差 常見題型題型一 利用勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)線和等勢(shì)面的關(guān)系求解問題勻強(qiáng)電場(chǎng)中有a、b、c三點(diǎn)，在以它們?yōu)轫旤c(diǎn)的三角形中，a30°、c90°.電場(chǎng)方向與三角形所在平面平行已知a、b和c點(diǎn)的電勢(shì)分別為(2) V、(2) V和2 V該三角形的外接圓上最低電勢(shì)、最高電勢(shì)分別為()A(2) V、(2 ) VB0 V、4 VC(2) V、(2) V D0 V、 V思維步步高 作出三點(diǎn)位置關(guān)系圖象在勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)線和等勢(shì)面的分布情況是什么樣的？直角三角形各個(gè)邊之間的數(shù)值關(guān)系是什么？如何找出等勢(shì)線從而找出電場(chǎng)線？解析如右圖所示，根據(jù)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線

8、與等勢(shì)面都是平行等間距排列，且電場(chǎng)線與等勢(shì)面處處垂直，沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)均勻降落，取ab的中點(diǎn)O，即為三角形的外接圓的圓心，且該點(diǎn)電勢(shì)為2 V，故Oc為等勢(shì)面，MN為電場(chǎng)線，方向?yàn)镸N方向，UONUOP=2，故UON=2 V，N點(diǎn)電勢(shì)為零，為最低電勢(shì)點(diǎn)，同理M點(diǎn)電勢(shì)為4 V，為最高電勢(shì)點(diǎn)答案B拓展探究如圖1所示，圖1在地面上方有一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，在該電場(chǎng)中取點(diǎn)O作為圓心，以R10 cm為半徑，在豎直平面做一個(gè)圓，圓平面平行于勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線，在O點(diǎn)固定一個(gè)電荷量為Q5×104 C的電荷當(dāng)把一個(gè)質(zhì)量為m3 g，電荷量為q2×1010 C帶電小球放在圓周上的a點(diǎn)時(shí)，它恰好能靜止不動(dòng)

9、，那么勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線跟Oa線夾角為_若將帶電小球從a點(diǎn)緩慢移到圓周上最高點(diǎn)b，外力做功W_ J.答案arctan9×103解析分析帶電粒子的受力，粒子受到自身的重力，方向豎直向下，圓心處電荷的吸引力和勻強(qiáng)電場(chǎng)的靜電力，三個(gè)力處于平衡狀態(tài)，根據(jù)三力平衡之間的關(guān)系求出相應(yīng)的角度，在移動(dòng)電荷的過程中，圓心處電荷對(duì)電荷不做功，有靜電力做功和重力做功方法點(diǎn)撥確定電場(chǎng)線可以用等勢(shì)面，根據(jù)是電場(chǎng)線和等勢(shì)面垂直；同樣，判斷等勢(shì)面也可以用電場(chǎng)線，理由一樣，這是高考在電場(chǎng)知識(shí)的考查的主要方向之一. 題型二 公式E的理解勻強(qiáng)電場(chǎng)中的三點(diǎn)A、B、C是一個(gè)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，圖2AB的長度為1 m，D為AB的

10、中點(diǎn)，如圖2所示已知電場(chǎng)線的方向平行于ABC所在平面，A、B、C三點(diǎn)的電勢(shì)分別為14 V、6 V和2 V設(shè)場(chǎng)強(qiáng)大小為E，一電荷量為1×106 C的正電荷從D點(diǎn)移到C點(diǎn)靜電力所做的功為W，則()AW8×106 J，E>8 V/mBW6×106 J，E>6 V/mCW8×106 J，E8 V/mDW6×106 J，E6 V/m思維步步高 D點(diǎn)電勢(shì)跟A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)有什么關(guān)系？怎樣根據(jù)這個(gè)關(guān)系求出D點(diǎn)的電勢(shì)？從D移動(dòng)到C靜電力做功和什么因素有關(guān)？怎樣求解靜電力做的功？電場(chǎng)線的方向怎樣確定？AB方向是不是電場(chǎng)線方向？解析電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，所

11、以AB中點(diǎn)處D點(diǎn)的電勢(shì)是AB間電勢(shì)的中間值，為10 V，DC間的電勢(shì)差為8 V，靜電力做功WqUDC8×106 J；由圖與各點(diǎn)電勢(shì)可知，電場(chǎng)線不平行于AB，根據(jù)E，其中d為沿著電場(chǎng)線方向的距離，所以電場(chǎng)強(qiáng)度E>8 V/m.答案A拓展探究a、b、c、d是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的四個(gè)點(diǎn)，圖3它們正好是一個(gè)矩形的四個(gè)頂點(diǎn)電場(chǎng)線與矩形所在的平面平行已知a點(diǎn)的電勢(shì)是20 V，b點(diǎn)的電勢(shì)是24 V，d點(diǎn)的電勢(shì)是4 V如圖3所示，由此可知，c點(diǎn)的電勢(shì)為()A4 V B8 VC12 V D24 V答案B解析勻強(qiáng)電場(chǎng)中，ab之間的電勢(shì)差等于dc之間的電勢(shì)差，可知c點(diǎn)電勢(shì)為8 V.方法點(diǎn)撥在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電勢(shì)差

12、和電場(chǎng)強(qiáng)度存在E，但要注意的是d不是兩點(diǎn)之間的距離，而是兩點(diǎn)所處等勢(shì)面的距離，或者說是兩點(diǎn)沿著電場(chǎng)線方向的距離. 課后作業(yè)一、選擇題1下列說確的是()A勻強(qiáng)電場(chǎng)中各處場(chǎng)強(qiáng)相等，電勢(shì)也相等B等勢(shì)體各點(diǎn)電勢(shì)相等，場(chǎng)強(qiáng)也相等C沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)一定越來越低D電勢(shì)降低的方向就是電場(chǎng)線的方向2下列關(guān)于勻強(qiáng)電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)差的關(guān)系，正確的說法是( )A在一樣距離上的兩點(diǎn)，電勢(shì)差大的其場(chǎng)強(qiáng)也必定大B場(chǎng)強(qiáng)在數(shù)值上等于每單位距離上的電勢(shì)降落C沿著電場(chǎng)線方向，任何一樣距離上的電勢(shì)降落必定相等D電勢(shì)降低的方向必定是電場(chǎng)強(qiáng)度的方向3下圖中，A、B、C是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的三個(gè)點(diǎn)，各點(diǎn)電勢(shì)A10 V、B2 V、C6 V，A、B、

13、C三點(diǎn)在同一平面上，下列各圖中電場(chǎng)強(qiáng)度的方向表示正確的是()4如圖4所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E100 V/m，A、B兩點(diǎn)相距10 cm，A、B連線與電場(chǎng)線夾角為60°，則UBA之值為()圖4A10 VB10 VC5 VD5 V5如圖5所示，圖5A、B、C三點(diǎn)都在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，已知ACBC，ABC60°，BC20 cm，把一個(gè)電荷量q105 C的正電荷從A移到B，靜電力做功為零；從B移到C，靜電力做功為1.73×103 J，則該勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向?yàn)?)A865 V/m，垂直AC向左B865 V/m，垂直AC向右C1 000 V/m，垂直AB斜向上D1 000 V/m，

14、垂直AB斜向下6如圖6所示，圖6在沿著x軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)E中，有一動(dòng)點(diǎn)A以O(shè)點(diǎn)為圓心、以r為半徑逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，為OA與x軸正方向之間的夾角，則O、A兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差為()AUOAErBUOAErsin CUOAErcos DUOA7如圖7所示，圖7在電場(chǎng)強(qiáng)度E2×103 V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有三點(diǎn)A、M和B，AM4 cm，MB3 cm，AB5 cm，且MA邊平行于電場(chǎng)線，把一電荷量q2×109 C的正電荷從B移動(dòng)到M點(diǎn)，再從M點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)，靜電力做功為()A0.16×106 J B0.12×106 JC0.16×106 J D0.12×

15、106 J二、計(jì)算論述題8如圖8所示，圖8MN板間勻強(qiáng)電場(chǎng)E2.4×104 N/C，方向豎直向上電場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)相距10 cm，AB連線與電場(chǎng)方向夾角60°，A點(diǎn)和M板相距2 cm.(1)此時(shí)UBA等于多少？(2)一點(diǎn)電荷Q5×108 C，它在A、B兩點(diǎn)電勢(shì)能之差為多少？若M板接地，A點(diǎn)電勢(shì)是多少？B點(diǎn)電勢(shì)是多少？9.圖9在一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)中有A、B、C三點(diǎn)，AB長為5 cm，AC長為3 cm，BC長為4 cm，如圖9所示電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行于紙面，電子在靜電力作用下由C運(yùn)動(dòng)到A，動(dòng)能減少120 eV，質(zhì)子在靜電力作用下由C運(yùn)動(dòng)至B，動(dòng)能增加120 eV，求該勻強(qiáng)電場(chǎng)的大

16、小和方向10如圖10所示的電場(chǎng)，圖10等勢(shì)面是一簇互相平行的豎直平面，間隔均為d，各等勢(shì)面的電勢(shì)已在圖中標(biāo)出現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電小球以速度v0、方向與水平方向成45°角斜向上射入電場(chǎng)，要使小球做直線運(yùn)動(dòng)問：(1)小球應(yīng)帶何種電荷？電荷量是多少？(2)在入射方向上小球最大位移是多少？(電場(chǎng)足夠大)參考答案對(duì)點(diǎn)練習(xí)1.答案AC2.答案B解析電場(chǎng)線和等勢(shì)面的關(guān)系是相互垂直的，所以電場(chǎng)線是水平方向的，又因?yàn)殡妱?shì)隨著電場(chǎng)線方向逐漸降低，所以電場(chǎng)強(qiáng)度方向水平向左根據(jù)E100 V/m.3.答案A解析一條電場(chǎng)線可以判斷電勢(shì)的高低，但是不能判斷場(chǎng)強(qiáng)的大小因?yàn)橐粭l電場(chǎng)線無法確定疏密程度4.答案(1)60

17、 V/m(2)1.44×107 J(3)6.6 V解析(1)設(shè)a、b間距離為d，由題設(shè)條件有W1qUabqEd，所以E V/m60 V/m.(2)W2qE·cos 60°4×108×60×12×102×0.5 J1.44×107 J(3)電荷從a移到c靜電力做功：WW1W2，又WqUac，所以Uac V6.6 V 課后作業(yè)一、選擇題1.答案C2.答案C3.答案D4.答案C5.答案D解析把電荷q從A移到B，靜電力不做功，說明A、B兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上，因該電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)，等勢(shì)面應(yīng)為平面，故圖中直線AB即為等勢(shì)

18、線，場(chǎng)強(qiáng)方向應(yīng)垂直于直線AB，可見，選項(xiàng)A、B不正確UBC V173 VB點(diǎn)電勢(shì)比C點(diǎn)低173 V，因電場(chǎng)線指向電勢(shì)降低的方向，所以場(chǎng)強(qiáng)方向必垂直于AB斜向下，場(chǎng)強(qiáng)大小E V/m1 000 V/m6.答案C解析OA之間沿電場(chǎng)線方向的距離是drcos ，根據(jù)UEdErcos ，選項(xiàng)C正確7.答案C 二、計(jì)算題8.答案(1)1 200 V(2)6×105 J480 V1 680 V解析(1)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中等勢(shì)面與電場(chǎng)線垂直，且A大于B，所以UBABA為負(fù)值又因?yàn)樵趧驈?qiáng)電場(chǎng)中E，則UABE·dAB.題目中已知AB連線與電場(chǎng)線夾角60°，則AB連線與等勢(shì)面夾角為30°，dABxAB·sin 30°xAB5 cm0.05 m，UAB2.4×104