高一物理電勢(shì)差電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系人教實(shí)驗(yàn)版知識(shí)精講.doc

1、高一物理電勢(shì)差電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系人教實(shí)驗(yàn)版【本講教育信息】1 .教學(xué)內(nèi)容：電勢(shì)差電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系知識(shí)要點(diǎn)：1 .掌握電勢(shì)差的概念2 .掌握電勢(shì)差與電場(chǎng)力做功的關(guān)系3 .掌握電勢(shì)差與場(chǎng)強(qiáng)關(guān)系及使用條件4 .掌握電勢(shì)差與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系的應(yīng)用題2 .重點(diǎn)、難點(diǎn)解析（一）電勢(shì)差電勢(shì)差的定義：電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)的差值。討論：由于電勢(shì)是標(biāo)量，所以電勢(shì)差也是標(biāo)量，沒有方向性。電勢(shì)差是標(biāo)量，但有正負(fù)，若 UAB為正表示 A B。右U AB為負(fù)表不' A B ,右U AB =0表不' A = B °注思,U ab與U ba的區(qū)別因?yàn)閁ab= a _ b,Uba= b _ a,所以Ua

2、b= Uba。雖然選擇不同的零勢(shì)能面，某點(diǎn)的電勢(shì)能值可以是不同的，但兩點(diǎn)間的電勢(shì)之差是相同的，與零勢(shì)能面選取無關(guān)。注意電勢(shì)差與電壓的不同，若說明是求AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab，則Uab= a- b,有正負(fù)之分。若說明是求AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UBA= B A，也有正負(fù)之分。若說明是AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，未說明是UAB還是UBA時(shí)，則表示求電壓，只求絕對(duì)值即可。（二）電勢(shì)差與電場(chǎng)力做功的關(guān)系由前面講過的知識(shí)可知，若電量為q的試探電荷在電場(chǎng)中 A點(diǎn)具有的電勢(shì)能為 Epa,在B點(diǎn)具有的電勢(shì)能為 Epb ,則把電荷由A位置移到B位置電場(chǎng)力做的功為 WAB ,由電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系可得Wab=Epa-E

3、pb,又因?yàn)?旦，所以WAB=q（ A- B）q=q U AB °一、/ 注息： Wab =qUAB °在任何電場(chǎng)中都可以用該式求電場(chǎng)力做功，解決了在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)力做功的計(jì)算問題。在應(yīng)用公式Ep/q,UAB Wab八時(shí)應(yīng)注意各物理量都有符號(hào)，進(jìn)行計(jì)算時(shí)應(yīng)代入符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果的正負(fù)就說明所求物理量的大小、高低或正負(fù)。例如：將一個(gè)電荷量為q 1.0 10 5c的電荷從電場(chǎng)中的 A點(diǎn)移到B點(diǎn)，靜電力做功為 W 2.0 10 4J ,4則A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差 Uab 一.5V 20V。Uab 20V表示a點(diǎn)電勢(shì)比q 1.0 10B點(diǎn)電勢(shì)高20V。計(jì)算時(shí)，也可將各物理量均取絕對(duì)

4、值代入，然后再由題意分析判斷兩點(diǎn)間的電勢(shì)高低關(guān)系或其他問題。在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，由于電場(chǎng)力是恒力，所以我們還可以用功的計(jì)算公式W FLcos處理。電場(chǎng)力做功的單位在國(guó)際單位制中是Jo練習(xí)：若把一個(gè)電子（帶電量為一e）由A B,若A B且UAB=1V,則從A B,電場(chǎng)力對(duì)電子做的功為 （正功還是負(fù)功），大小為 WABe （ 1V） 1eV ,_ 19 _ 191eV 1.6 10 C 1V 1.6 10 J ,此換算關(guān)系要熟記。（三）電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系1.u Ed的使用條件：勻強(qiáng)電場(chǎng)。d表示：兩點(diǎn)沿場(chǎng)強(qiáng)方向的距離。利用u Ed求電勢(shì)差時(shí),置間電勢(shì)之差的正負(fù)。2 .單位：證明在國(guó)際單位制中3 .由

5、U=Ed,將得 E U/d 勻強(qiáng)電場(chǎng)中）。討論如圖：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，u是沒有正負(fù)的， 但是在用 Wab quAB時(shí)需要討論初末位1J 1v/mE的大小在數(shù)值上等于沿場(chǎng)強(qiáng)方向單位長(zhǎng)度的電勢(shì)差（在AB沿電場(chǎng)線方向， AC、AD與電場(chǎng)線方向有一定夾角:BCD在同一等勢(shì)面上。則沿 AB方向電勢(shì)逐漸降低，因而電勢(shì)降落的方向不是唯一的，而是有很多方向，且uab = UAC = uad，但由于AB、AC、AD間的距離不同，可以說沿AB方向電勢(shì)降落的最快，即電場(chǎng)強(qiáng)度方向是電勢(shì)降落的最快的方向。4 .區(qū)分電場(chǎng)強(qiáng)度的三個(gè)公式：E F、E K-Q2 > E U。三個(gè)公式意義不同，引入qrd過程不同，適用范圍不同

6、，現(xiàn)列表比較如下：區(qū)別 公式物理含義引入過程適用范圍E F q電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式為反映電場(chǎng)的性質(zhì)而引入適用于任意電場(chǎng)QE K下 r真空中點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的計(jì) 算式由E 和庫侖定律q導(dǎo)出真空中點(diǎn)電荷UE 一 d勻強(qiáng)電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式由 F qE 和W qU導(dǎo)出勻強(qiáng)電場(chǎng)5 .公式U Ed或E % 只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)的計(jì)算， 但對(duì)一些非勻強(qiáng)電場(chǎng)的問題，也可 由公式進(jìn)行定性的判斷， 例如，如圖所示，點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中有A、B、C三點(diǎn)，AB = BC,要求比較Uab與Ubc的大小，我們知道， AB段中各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)要比 BC段中各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大,因此AB段的平均場(chǎng)強(qiáng)要比 BC段的平均場(chǎng)強(qiáng)大，由U Ed可知Uab>Ub

7、c,同理，我們也可以分析出為什么在同一等勢(shì)面分布圖中，等勢(shì)面越密處場(chǎng)強(qiáng)就越大，因?yàn)橥坏葎?shì)圖上相鄰等勢(shì)面的電勢(shì)差是定值，等勢(shì)面密對(duì)應(yīng)d小，所以場(chǎng)強(qiáng)必然大?！镜湫屠}】例1.如圖所示，一負(fù)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，兩點(diǎn)間電勢(shì)差為 200V,電荷量為6 10 8C的電荷從B移到A,它的電勢(shì)能改變多少？是增加還是減少？該電荷在 A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)能哪個(gè)大？哪點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大？哪點(diǎn)電勢(shì)高？解析：B移到A,電勢(shì)能的改變量E qU 6 10 8 200J 1.2 10 5J電勢(shì)能是增加還是減少可分三步判定：(1)靜電力是什么方向一一由于移動(dòng)的是負(fù)電荷，它受靜電力的方向跟場(chǎng)強(qiáng)方向相反(圖示向右)(2)電荷移動(dòng)方

8、向和靜電力方向的關(guān)系一一電荷由B向A移動(dòng)，與受靜電力方向相反。(3)靜電力做正功還是做負(fù)功一一靜電力做負(fù)功，因而電勢(shì)能增加。所以本題中電荷的電勢(shì)能增加 1.2 10 5J ,電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能較大，由點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式E KQ2 ,電場(chǎng)中a 3，則Ea Eb , A點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大，由沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)越來越低， r可知B a, B點(diǎn)電勢(shì)高，或由負(fù)電荷克服電場(chǎng)力做功，一定是由從高電勢(shì)點(diǎn)移向低電勢(shì)點(diǎn)，亦可知 B A, B點(diǎn)電勢(shì)高，顯然，本題用電場(chǎng)力方向來比較電勢(shì)高低更簡(jiǎn)單。小結(jié)：通過本例介紹了判斷電勢(shì)能的增減、比較電勢(shì)的高低的基本方法，望認(rèn)真體會(huì), 熟練掌握。例2.下圖是一勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)E = 2X102n/

9、C,現(xiàn)讓一個(gè)電荷量 q = 4X 10-8C的負(fù)電荷沿電場(chǎng)方向從 M點(diǎn)移到N點(diǎn)，MN間的距離x= 30cm,試求：(1)電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn)電勢(shì)能的變化。(2) M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差。解析：(1)由圖可知，負(fù)電荷在該電場(chǎng)中所受靜電力方向向左，因此從M點(diǎn)移到N點(diǎn),電荷克服靜電力做功，電勢(shì)能增加，增加的電勢(shì)能等于電荷克服靜電力做的功。電荷克服靜電力做功為W Fx qEx4 10 8 2 102 0.3J2.4 10 6J即電荷電勢(shì)能增加了 2.4 10 6 J(2)從M點(diǎn)到N點(diǎn)電荷克服靜電力做功，即靜電力對(duì)電荷做負(fù)功，即Wmn2.4 10 6J，則M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為U MNWmn2.4 1010

10、 86-V 60V小結(jié):應(yīng)用公式uabWAB進(jìn)行計(jì)算時(shí)，如果 W和q均代入各自的“ +”或“一”號(hào), q那么計(jì)算出的電勢(shì)差若為正值，表示 A點(diǎn)比B點(diǎn)電勢(shì)高；若為負(fù)值，表示 A點(diǎn)比B點(diǎn)電勢(shì) 低，同樣道理，在利用 W=qU計(jì)算功時(shí)，如果q和U都代入各自的符號(hào)，計(jì)算出的 W若 為正值，表示靜電力做正功；若為負(fù)值，表示靜電力做負(fù)功。例3.有一帶電荷量 q=-3X10-6c的點(diǎn)電荷，從電場(chǎng)中的 做功6X 10-4J,從B點(diǎn)移到C點(diǎn)靜電力做功9X 10-4J,問:A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)，克服靜電力(1) AB、(2)如以 為多少？BC、CA間電勢(shì)差各為多少 ？B點(diǎn)電勢(shì)為零，則A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)各為多少？電荷在A、C

11、兩點(diǎn)的電勢(shì)能各解析:(1)電荷由A移向B克服靜電力做功即靜電力做負(fù)功,_46 10 JU ABWab200VU BCWBC4V300VU CAU CBU BA U BC(Uab)300V200V100V(2)U AB200V由U BC電荷在電荷在小結(jié):B U BC 0A點(diǎn)的電勢(shì)能C點(diǎn)的電勢(shì)能(1)應(yīng)用公式(300)300VEa10200J_46 10 JEc10300J_49 10 JU ABWAB和公式qE/q計(jì)算電勢(shì)差與電勢(shì)時(shí)，可直接代入正負(fù)號(hào)，這一點(diǎn)要與庫侖定律K 粵和電場(chǎng)強(qiáng)度定義式 E F/q區(qū)別，后兩個(gè)公式是只 r代入數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，力的方向、場(chǎng)強(qiáng)的方向另外判斷。(2)對(duì)電勢(shì)差要注意角

12、標(biāo)的排序。如Uab Uba, U ab Ubc Ucd Uad。DC CA、B、C為電場(chǎng)中(3)若規(guī)定了零電勢(shì)點(diǎn)，要會(huì)根據(jù)電勢(shì)差求電勢(shì)。例4.如圖所示，虛線方框內(nèi)為一勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，電場(chǎng)線與紙面平行,的三個(gè)點(diǎn)，三點(diǎn)電勢(shì)分別為a = 12V, b = 6V, c=6V。試在方框內(nèi)作出該電場(chǎng)的示意圖(即畫出幾條電場(chǎng)線)，要保留作圖時(shí)所用的輔助線。若將一個(gè)電子從 A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做多少電子伏的功 ？略。例5.平行的帶電金屬板 A、B間是勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示，兩板間距離是 5cm,兩板間的 電壓是60V。(1)兩板間的場(chǎng)強(qiáng)是多大 ？(2)電場(chǎng)中有Pi和P2兩點(diǎn)，Pi點(diǎn)離A板0.5cm, P2點(diǎn)離B板也

13、是0.5cm, Pi和P2兩 點(diǎn)間的電勢(shì)差多大？(3)若B板接地，Pi和P2兩點(diǎn)的電勢(shì)各是多少伏 ？用心 愛心 專心解析：(1)兩板間是勻強(qiáng)電場(chǎng)，可應(yīng)用 E % 求解。兩板間的場(chǎng)強(qiáng)E U60V21.2 103V md 5 10 2m(2) P1、P2兩點(diǎn)間沿場(chǎng)強(qiáng)方向的距離：d' =4cm1, 77月故=乂 10/二4郎B板的電勢(shì)差(3) B板接地，即選B板電勢(shì)為0。電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)等于這點(diǎn)與P Ed1 1.2 1 03 4.5 1 0 2V 54VP Ed2 1.2 103 0.5 10 2V 6V小結(jié)：應(yīng)用U Ed求兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，一定要正確理解“d”是兩點(diǎn)間沿場(chǎng)強(qiáng)方向的距離，而求某

14、點(diǎn)的電勢(shì)，我們是通過求這點(diǎn)與零電勢(shì)點(diǎn)的電勢(shì)差實(shí)現(xiàn)的，由 U Ed計(jì)算其 數(shù)值，電勢(shì)的正負(fù)由與零電勢(shì)點(diǎn)的電勢(shì)高低比較而定?！灸M試題】1 .關(guān)于電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能，下列判斷正確的是()A.正電荷從電勢(shì)高的點(diǎn)移到電勢(shì)低的點(diǎn)電場(chǎng)力一定做負(fù)功B.負(fù)電荷從電勢(shì)低的點(diǎn)移到電勢(shì)高的點(diǎn)電場(chǎng)力一定做正功C.電荷從電勢(shì)高的點(diǎn)移到電勢(shì)低的點(diǎn)電場(chǎng)力一定做正功D.電荷在電勢(shì)高的點(diǎn)具有的電勢(shì)能一定高于電勢(shì)能低的點(diǎn)具有的電勢(shì)能2 .電場(chǎng)中有A, B兩點(diǎn)，把某點(diǎn)電荷從 A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中，電場(chǎng)力對(duì)該電荷做了負(fù) 功，則下列說法正確的是（）A.該電荷是正電荷，且電勢(shì)能減少B.該電荷是正電荷，且電勢(shì)能增加C.該電荷是負(fù)電荷，且電

15、勢(shì)能增加D.電荷的電勢(shì)能增加，但不能判斷是正電荷還是負(fù)電荷3 .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.在相同距離上的兩點(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，任何相同距離上的電勢(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4 .試說出下列公式適用任何電場(chǎng)的是（）FQA. Wab qU ab B. U Ed C. ED. E k qr5 .在電場(chǎng)中將一電荷 q 1.5 10 6C從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電勢(shì)能減少3 10 4J ,電場(chǎng)中C點(diǎn)與A點(diǎn)電勢(shì)差Uca 100V ,將這一電荷從 B點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場(chǎng)力做的功為（）4A. 1.

16、5 10 4J444B. 1.5 10 4J C. 3.0 10 4J D. 3.0 10 4J3一 .6 .如圖所示，在電場(chǎng)強(qiáng)度E 2 10 V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有三個(gè)點(diǎn)A、M和B,AM 4cm, MB 3cm, AB 5cm,且AM邊平行于電場(chǎng)線，把一電荷量守一的正電荷從B移動(dòng)到A點(diǎn)，電場(chǎng)力做功為（）A. 0.16 10 6 J B. 0.12 10 6J C. 0.16 10 6J D. 0.12 10 6J7 .如圖所示，在場(chǎng)強(qiáng)為 E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有 A、B兩點(diǎn)，AB連線長(zhǎng)為L(zhǎng) ,與電場(chǎng)線夾角 為 ，則AB兩點(diǎn)的電勢(shì)差為（）A.零B. EL C. ELsinD. ELcos8 .在圖中，三

17、個(gè)電勢(shì)分別為1、 2、 3的等勢(shì)面上有 a、b、c、d四點(diǎn)，若將一正電荷由c經(jīng)a移到d,靜電力做正功W1;若由c經(jīng)b移到d,靜電力做正功 W2,則()A. W1>W2,1> 2B. W1<W2,1< 2C. W1=W2,1< 2D. W1 = W2,1> 29 .下圖中虛線所示為靜電場(chǎng)中的等勢(shì)面1、2、3、4,相鄰的等勢(shì)面之間的電勢(shì)差相等，其中等勢(shì)面3的電勢(shì)為0, 一帶正電的點(diǎn)電荷在靜電力的作用下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過a、b點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能分別為26eV和5eV,當(dāng)這一點(diǎn)電荷運(yùn)動(dòng)到某一位置， 其電勢(shì)能變?yōu)?8eV時(shí)，它的動(dòng)能應(yīng) 為 ()A. 8eV B. 21eV C. 20

18、eV D. 34eV10 .如圖所示，MN是一負(fù)的點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線，場(chǎng)強(qiáng)方向由 M指向N, ab=bc, a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)分別為Ea、Eb、Ec和a、 b、 c,則下列關(guān)系正確的是()A. EaEb EcB. EaEbEcC. a > b > cD. a- b = b- cflic* Bi .,MN11.在圖所示電場(chǎng)中，實(shí)線為電場(chǎng)線，虛線為等勢(shì)面，已知 A點(diǎn)電勢(shì)為20V, 一個(gè)電子在 靜電力作用下，從 A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中，靜電力做功30eV。(1)在圖中畫出電場(chǎng)線方向。(2) B點(diǎn)電勢(shì) B =V。(3)電子由 A點(diǎn)到B點(diǎn)的過程中，所受的靜電力逐漸 ,電子的加速度逐、“減小”或“不變”)12.如圖，在電場(chǎng)中將 2c的正電荷分別由A , C兩點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力做的功分別是30J,6J,如果取B點(diǎn)為零電勢(shì)點(diǎn)，A,C兩點(diǎn)的電勢(shì)分別是A =AC間的電勢(shì)差Uac =,如果取A為零勢(shì)能點(diǎn)，那么 A =O已知場(chǎng)強(qiáng)為2Xl03v/m,則這兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為U AC =AB連線與電場(chǎng)方向成 60°角,V。B點(diǎn)，其電