《电势差与电场强度的关系》知识要点和常见题型
电势差与电场强度的关系-PPT课件
④电场强度的方向是电势降低最快的方向.
4
例1：如图，在匀强电场中的M、N两点距离为2 cm，
两点间的电势差为5 V,M、N连线与场强方向成60°角，
则此电场的电场强度多大？
M. .
60°N′
.N
解： 根据 E U
，
得：
d
E
E
U
MN • cos 600
5
2 102 1
50（0 V / m）
2
5
例2：如图示，A、B、C、D是匀强电场中一正 方形的四个顶点。已知A、B、C三点电势分别 为ΦA=12V,φB=3v,Φc=3v.由此可知D点电势 ΦD=______V.
A
D
分析：因为B、C两点的电势
相等,故BC为一等势面,所以
10
３、如图所示，两块相对的平行金属板Ｍ、Ｎ 与电池相连接，Ｎ板接地，在距两板等远的一 点Ｐ固定一个带正电的点电荷，如果将Ｍ板向 上平移一小段距离，则（ＡＣ ）
Байду номын сангаас
Ａ、点电荷受到的电场力减小 Ｂ、点电荷受到的电场力增大 Ｃ、点电荷的电势能减小
Ｍ
.Ｐ
Ｎ
Ｄ、点电荷的电势能保持不变
11
4.图中A．B、C三点都在匀强电场中，已 知AC⊥BC，∠ABC=60°，BC=20cm．把 一个电量q=10－5C的正电荷从A移到B，电 场力做功为零；从B移到C，电场力做功为 －1.73×10－3J，则该匀强电场的场强大小 和方向是 [ D ] A．865V／m，垂直AC向左 B．865V／m，垂直 AC向右 C．1000V／m，垂直 AB斜向上 D．1000V／m，垂直 AB斜向下
考点05电势差与电场强度的关系(纯答案版)
[考点05] 电势差与电场强度的关系[典例1] 答案 B解析 CD 两点间的电势差为U CD ＝－Ed CD ＝－2×104×(0.1－0.02－0.03) V ＝－1 000 V ，故A 错误；让B 板接地，B 板电势为零，则C 点电势φC ＝Ed CB ＝2×104×3×10－2 V ＝600 V ，故B 正确；让A 板接地，A 板电势为零，则D 点电势φD ＝－Ed DA ＝－400 V ，故C 错误；将一个电子从C 点移到D 点静电力做的功，与将电子先从C 点移到P 点再移到D 点静电力做的功在数值相同，故D 错误. [典例2]答案 AD解析 在匀强电场中，平行且相等的两线段电势差相等，可得φB －φA ＝φC －φD ，代入数据可得φD ＝0 ，故A 正确，B 错误；如图所示，将CD 分为8等分，则每一等分对应1 cm ，所以F 点的电势为9 V ，连接AF ，过D 点做AF 的垂线DG ，由几何关系可得DG 的长度为DG ＝AD ·DF AF ，解得DG ＝3.6 cm ，所以电场强度的大小为E ＝U DGDG ，解得E ＝250 V/m ，又因为D 点的电势为0，且D 点距正极板的距离为20 cm ，由对称性可知，两极板间的距离为40 cm ，所以两极板间的电势差为U ＝Ed ＝100 V ，故D 正确，C 错误．[典例3]答案 B解析 高压线掉到地上时，它就会向大地输入电流，圆心处的电势最高，向外越来越低，电势的大小为φA >φB ＝φD >φC ，A 错误；由题图等势线的疏密可知场强的大小为E A >E B ＝E D >E C ，B 正确；B 和D 在同一条等势线上，人从B 沿着圆弧走到D 不会发生触电，C 错误；A 、B 的平均场强大于B 、C 的平均场强，A 、B 的电势差等于B 、C 电势差的2倍，根据E ＝U d 可以定性判断出A 、B 间距离小于BC 间距离的2倍，D 错误． 1.答案 A解析 由题图可知匀强电场的方向是沿y 轴负方向的，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，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． 2.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)，C 项正确． 3.答案 BD解析 A 板接地，则其电势为零，因为A 、B 两板间的电势差U AB ＝600 V ，则B 板电势为－600 V ，由此知C 点电势为负值，A 、B 两板间场强E ＝U d ＝600 V12 cm ＝50 V /cm ＝5 000 V/m ，则φC ＝－Ed AC ＝－50 V/cm ×4 cm ＝－200 V ，A 错误，B 正确；电子在C 点具有的电势能为200 eV ，C 错误，D 正确． 4.答案 B解析 根据点电荷场强公式可知，E A ＞E B ＞E C ，又AB ＝BC ，由U ＝Ed 可以判断U AB ＞U BC ，所以φB ＜6 V ，故选B. 5.答案 D解析 由于带正电的粒子从直径ab 的a 点移到m 点，其电势能增加量为ΔE (ΔE >0)，根据W ＝q (φa －φm )可知，静电力做负功，且φa <φm ，若将该粒子从m 点移到b 点，其电势能减少量也为ΔE ，根据W ＝q (φm －φb )可知，静电力做正功，且φb <φm ，由于电势能变化量相同，则可知a 点与b 点电势相等，故直径ab 是一条等势线，且m 点电势高于a 、b 点电势，所以电场强度的方向垂直直径ab 指向nq 弧． 6.答案 D解析 利用等分法可确定匀强电场方向从C 指向A ，设AC 长度为L ，则E ＝2φL ，由几何知识得，C ′A 沿电场线方向的距离为d C ′A ＝L cos 30°＝32L ，由电势差与电场强度的关系U C ′A ＝φC ′－φA ＝Ed C ′A ＝2φL ·3L2，解得φC ′＝(1＋3)φ，故D 正确，A 、B 、C 错误．7.答案 D解析 把电荷q 从A 点移到B 点，静电力做的功为零，说明A 、B 两点在同一等势面上，由于该电场为匀强电场，等势面应为平面，故题图中直线AB 是一条等势线，场强方向应垂直于等势线，选项A 、B 错误.U BC ＝W BC q ＝－1.73×10－31×10－5V ＝－173 V ，B 点电势比C 点电势低173 V ，因电场线指向电势降低的方向，所以场强方向垂直于AB 斜向下，场强大小E ＝U CBBC sin 60°＝1730.2×32 V/m ≈1 000 V/m ，因此选项D 正确，C 错误.8.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 ，故C 正确．9.答案 D解析 匀强电场中，φB ＝－5 V ，φC ＝15 V ，则B 、C 连线的中点D 的电势为φD ＝φB ＋φC2＝－5＋152 V ＝5 V ，故φD ＝φA ，AD 为一条等势线，根据电场线与等势线垂直，沿着电场线方向电势降低，可知场强的方向垂直于AD 连线斜向下，A 、B 错；场强的大小E ＝U ABl AB cos 30°＝1032V/m ＝203 3 V/m ，C 错，D 对.10.答案 A解析 由U ＝Ed 得U ab ＝103×0.04 V ＝40 V ，A 正确；a 、c 在同一等势面上，所以U ac ＝0，B 错误；将电荷沿abdca 移动一周，位移为0，故电场力做功为0，C 错误；W ad ＝W ab ＝qU ab ＝－5×10－3×40 J ＝－0.2 J ，D 错误． 11.答案 A解析 在匀强电场中，沿某一方向电势均匀降落或升高，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 ．根据E ＝Ud 得，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．12.答案 C解析 沿着电场线的方向电势降低，由K 到A 为逆着电场线方向，因此电势升高，A 错误；A 和K 之间的电场为非匀强电场，B 错误；从A 到K 电势降低，若KA 之间为匀强电场，则A 点与KA 中点的电势差为U 1＝12U ，由题图可知，越靠近A 端电场线密度越大，即越靠近A 端电场强度越大，则A 点与KA 中点的电势差大于U2，C 正确；电子由K 运动到A 的过程中，静电力做正功，电势能减少了eU ，D 错误． 13.答案 C解析 带负电的尘埃向集尘极迁移，说明集尘极接直流高压电源的正极，a 是直流高压电源的负极，选项A 错误；从放电极到集尘极的电场，因P 点离放电极较近，P 点的电场线比M 点的电场线密，所以电场中P 点的场强大于M 点的场强，选项B 错误；由于集尘极带正电，电势高，而沿着电场线方向电势逐渐降低，所以电场中M 点的电势低于N 点的电势，选项C 正确；放电极与集尘极之间的电场是非匀强电场，故P 、M 间的电势差U PM 不等于M 、N 间的电势差U MN ，选项D 错误． 14.答案 A解析 因电场是匀强电场，D 是AB 的中点，故D 的电势φD ＝φA ＋φB2＝10 V ，所以W ＝q (φD－φC )＝8×10－6 J ；设E 的方向与AB 的夹角为α，则α≠0，否则等势面与AB 垂直，C 点电势就会高于B 点电势，由E ＝U AB d ＝φA －φB AB ·cos α＝8cos α，因0<α<π2，则cos α＜1，E ＞8 V/m ，故A 正确． 15.答案 D解析 依题意，有sin ∠A ＝BC AB＝0.8，解得∠A ＝53°，在AB 之间找到电势为10 V 的D 点，C 、D 位于同一等势面上，根据几何关系可知U DA U BA ＝10－126－1＝DABA ，在三角形ACD 中，根据余弦定理，有CD 2＝CA 2＋DA 2－2×CA ×DA cos 53°，解得CD ＝12 cm ，根据正弦定理，有sin ∠ACD DA ＝sin 53°CD ，解得∠ACD ＝37°，故AD ⊥CD ，则有AD ＝AC sin 37°＝9 cm ，根据匀强电场电势差与场强的关系式，有E ＝U DA AD＝10－19×10－2V/m ＝100 V/m.故选D.。
电势差与电场强度的关系(6大题型)24-25学年高二物理同步题型分类(人教版必修第三册)(教师版)
10.3 电势差与电场强度的关系知识点 1 匀强电场的电势差与电场强度的关系1、大小关系U=Ed【注意】①上述关系只适用于匀强电场。
②公式中的d必须是沿电场强度方向的距离。
③由于该公式阐述的是一个矢量的大小与另一个标量间的关系所以不带符号计算，正负另行判断。
知识点2 电场强度的另一种表述1、表述：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点之间的电势差与两点沿电场强度方向的距离之比。
2、公式：E=U d【注意】由此关系式可以得到电场强度的单位是伏每米(V/m)。
这个单位与前面学过的单位牛每库(N/C)是相同的，即1 V/m=1 N/C。
3、方向关系：电场强度的方向就是电势降低最快的方向。
1、“等分法”画电场线、求电势在匀强电场中，沿任意一个方向电势降落都是均匀的，所以在同一直线上相同间距的两点间的电势差相等，把电势差进行等分并找出等势线，根据电场线与等势线垂直分析问题。
步骤：①分段：把电势最高和最低的两个点连接起来，分成n 等份。
②求电势差：由于匀强电场中，沿任意一个方向电势降落都是均匀的，那么n 段中每段两端的电势差等于原电势差的1n 倍。
③连等势面：在等分点上找第三个电势相等的点，连接电势相等的点（即等势面），电场线垂直于等势面。
2、E =U d 在非匀强电场中应用①判断电场强度的大小：公式E =U d 计算时，只适用于匀强电场。
但对于非匀强电场，也可以用来定性分析某些问题。
例如，在等差等势面分布图中，场强E 越大，等势面间的距离d 越小，因此可以断定等差等势面越密的地方电场强度越大。
②判断电势差的大小及电势的高低：距离相等的两点间的电势差，E 越大，U 越大，进而判断电势的高低。
题型一 匀强电场中电势差与电场强度关系【例1】（23-24高一下·河北唐山·期末）如图所示，边长为5cm 的等边三角形ABC 。
三角形处在匀强电场中，三角形所在平面与匀强电场的电场线平行，三角形各顶点的电势分别为4V 10V 16V A B C j j j ===、、，下列说法正确的是（ ）A ．匀强电场的场强大小为120V/m ，方向由A 指向CB ．匀强电场的场强大小为120V/m ，方向由C 指向AC ．匀强电场的场强大小为240V/m ，方向由A 指向CD ．匀强电场的场强大小为240V/m ，方向由C 指向A【答案】D【解析】设AC 的中点为D ，则D 点的电势为10V2A CD j j j +==则，B 、D 在同一等势面上，A 、C 在同一条电场线上，电场强度大小为CA CAU E d = CA C AU j j =-解得240V/m E =根据沿电场线方向电势逐渐降低可知，电场强度的方向由C 指向A 。
电势差与电场强度的关系高二物理上册电势差与电场强度的关系知识点
电势差与电场强度的关系高二物理上册电势差与电场强度的关系知识点
电场强度与电势差的比较物理量电势差U电场强度E
定义(1)电场中任意两点的电势之差，UAB=φA-φB
(2)电荷在电场中两点间移动时，静电力所做的功跟电荷量的比值放入电场中某一点的电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值定义式U=W/q
E=F/q
意义描述了电场的能的性质描述了电场的力的性质
大小数值上等于单位正电荷从一点移到另一点时，静电力所做的功数值上等于单位电荷受到的力
方向标量，无方向规定为正电荷在该点所受静电力的方向
联系在匀强电场中有U=Ed
匀强电场中电势差与电场强度的关系：
1.关系式：U=Ed或者E=U/d.后者的物理意义：匀强电场中场强在数值上等于沿电场方向通过单位距离的电势差(电势降落).
2.适用条：只有在匀强电场中才有这个关系.
3.注意：式中d是指沿电场方向两点间的距离.等势面：
1.定义：电场中电势相等的点组成的面(平面或曲面)叫做等势面.
2.特点：
①等势面与电场线一定处处正交; ②在同一等势面上移动电荷时，电场力不做功;
③电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面;
④任意两个电势不相同的等势面既不会相交，也不会相切;
⑤等差等势面越密的地方电场线越密.。
电势差与电场强度的关系
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。
电势差与电场强度的关系
第六讲电势差与电场强度的关系一、知识框图：二、重点详解：1.匀强电场中电势差与电场强度的关系：⑴.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。
⑵.公式：UAB=Ed2.场强E的另一种表述：⑴.在匀强电场中，电场强度在数字上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势。
⑵.公式：E=UAB d⑶.单位：伏[特]每米（V/m）。
1V/m=1N/C。
3.场强、电势差的区别：三、题型归纳：【电势差与电场强度的关系】1.关于匀强电场电势差和场强的关系，错误的说法是（）A.在相同距离的两点上，电势差大的其场强也必定大；B.任意两点间的电势差等于场强和这两点距离的乘积；C.电势减小的方向必定是场强的方向；D.沿电场线的方向任意相同距离上的电势差必定相等。
2.下列对于公式E=Ud的理解，错误的是（）A.它仅适用于匀强电场；B.在匀强电场中，场强的数值等于每单位距离上降低的电势；C.场强的另一单位V/m，适用于任何电场；D.只要测出两点的电势差和两点的间距，就可算出电场强度。
3.如图所示，MN是一负的点电荷电场中的一条电场线，场强方向由M指向N，ab=bc，a、b、c三点的场强和电势分别为E a、E b、E c和f a、f b、f c，则下列关系正确的是（）A.E a＞E b＞E c；B.E a=E b=E c；C.f a＞f b＞f c；D.f a-f b=f b-f c。
4.AB是电场中的一条电场线，若将一负电荷从A点处自由释放，负电荷沿电场线从A到B运动过程中的速度图线如图所示，则A、B两点的电势高低和场强的大小关系是（）A.f A＞f B，E A＞E B；B.f A＞f B，E A＜E B；C.f A＜f B，E A＞E B；D.f A＜f B，E A＜E B。
5.如上图为某一电场的电场线和等势面分布，其中图中实线表示电场线，虚线表示等势面过a、b两点的等势面电势分别为φa=5V，φC=3V那么a、c连线的中点B的电势φb为（）A.φb=4V；B.φb>4V；C.φb<4V；D.上述情况都有可能。
10.3电势差与电场强度的关系(知识解读)(教师版)24-25学年高中物理同步知识点(人教版必修三
10.3电势差与电场强度的关系（知识解读）（解析版）•知识点1 匀强电场中电势差与电场强度的关系•知识点2 公式dUE的意义•知识点3 等分法计算匀强电场中的电势或电场强度•作业 巩固训练1、关系式：U AB ＝Ed 或E ＝U AB d。
2、适用条件：只适用于匀强电场。
3、物理意义（1）公式U AB ＝Ed 的物理意义：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。
U 为匀强电场中两点的电势差的绝对值，E 是匀强电场的电场强度的大小，d 是匀强电场中这两点在电场强度方向上的距离（或者是匀强电场中过这两点的等势面间的距离）。
（2）公式E ＝U ABd的物理意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的。
（3）计算出来的U （或者E ）是电势差（电场强度）的绝对值（大小）， 电势差的正负号和电场强度的方向可通过以下知识来判断：沿着电场线方向（电场强度方向 ）电势越来越低；电场中电场强度的方向就是电势降低最快的方向。
4、电场强度三种求解方法的比较公式E ＝F qE ＝kQ r 2E ＝U d含义电场强度的定义式真空中点电荷的电场强度决定式匀强电场中电场强度的计算式适用范围适用于任何电场真空中的点电荷匀强电场决定因素由电场本身决定，与检验电荷q 无关。
由场源电荷Q 和场源电荷到该点的距离r 共同决定。
由电场本身决定，d 为两点沿场强方向的距离推导过程F ∝q ，E 与F 、q 无关，反映某点电场的性质。
由电场强度和库仑定律联立推导。
由F＝qE 和W ＝qU 联立推导。
【典例1-1】在匀强电场中建立一直角坐标系，如图所示。
从坐标原点沿y 轴正方向前进0.1 m 到A 点，电势降低了，从坐标原点沿x 轴正方向前进0.1 m 到B 点，电势升高了，则匀强电场的电场强度大小和方向为（ ）A ．200V/m ；B →A B ．200 V/m ；A →BC ．100 V/m ；B →AD ．100 V/m ；垂直A 、B 连线斜向下A 1B 1C 1D 1-A 2B 2C 2D 2，O1为上表面的中心。
电势差分析练习题解决电势差和电场强度的关系问题
电势差分析练习题解决电势差和电场强度的关系问题电势差和电场强度是电学中重要的概念，它们相互联系且相互影响。
本文将通过分析一些练习题，深入探讨电势差与电场强度之间的关系问题。
1. 问题描述：一个带电粒子从A点沿直线移动到点B，电势降低了3V。
若点A与点B的距离为2m，求其间的电场强度大小。
解析：根据题目描述知道电势差为3V，通过点A到点B的距离为2m。
电势差的定义为单位正电荷从A点移动到B点时所做的功，即ΔV = W/q。
由于点电荷在电场中沿直线移动，所做的功与路径无关，因此电势差只与起点和终点相关。
假设单位正电荷在电场中从A点移动到B点，所受到的电场力F可以表示为F = qE，其中E为电场强度。
根据功的定义W = ∫F·ds，其中s为从A点到B点的位移向量。
将F的表达式带入到功的定义中可以得到W = ∫qE·ds。
由于电场强度E与位移向量s的方向相同时，E和ds可以提出来，即W = E·∫qds。
ΔV =W/q，因此ΔV = E·s。
根据题目中给出的数值可知ΔV = 3V，s = 2m，带入上述公式可以得到3V = E·2m，解得E = 1.5V/m。
2. 问题描述：一个电子从A点到B点，电势差为10V。
若点A和点B之间的距离为4m，求电子所受到的电场力大小。
解析：根据题目描述可知电势差ΔV = 10V，AB距离s = 4m。
根据第一个问题的解析可知ΔV = E·s，因此E = ΔV/s = 10V/4m = 2.5V/m。
电子的电量为-q（电子带负电），电场力F可以表示为F = qE，代入已知数值可得F = -1.6x10^-19C × 2.5V/m = -4x10^-19N。
负号表示力的方向与电子运动方向相反，即由B点指向A点。
3. 问题描述：在x轴上有一个半径为R的均匀带电球壳，球心处有一点A，点B在球面上与点A之间的电势差为V。
电势差与电场强度的关系(解析版)--高一物理专题练习(内容+练习)
电势差与电场强度的关系--高一物理专题练习（内容+练习）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.1V/m ＝1N/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．一、单选题1．如图是静电除尘原理图，M 、N 是直流高压电源的两极，设法使电场中的尘埃带上负电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。
图示位置的a 、b 、c 三点在同一直线上，且ab =bc 。
下列说法正确的是（）A ．M 是直流高压电源的正极B ．a 点的电势高于c 点的电势C ．a 点的电场强度大于c 点的电场强度D ．c 、b 间的电势差cb U 等于b 、a 间的电势差baU 【答案】C【解析】A ．因到达集尘极的尘埃带负电荷，那么电场强度的方向向左，因此电场线方向向左，则知M 是直流高压电源的负极，故A 错误；B ．由于电场强度的方向向左，根据沿着电场线方向电势是降低的，因此电场中a 点的电势低于c 点的电势，故B 错误；C ．电场方向由集尘极指向放电极，电场线的分布由集尘极会聚于放电极，结合电场线的疏密来体现电场的强弱，那么电场中c 点的场强小于a 点的场强，故C 正确；D ．假设电场是匀强电场，由于|ab |=|bc |，那么b 、a 间的电势差U 等于c 、b 间的电势差U ，但由于电场是非匀强电场，且有a b cE E E >>即沿着ca 方向，电场强度越来越大，由电势差与电场强度的关系式有ba cb U E ab U E bc=>=可知电场中c 、b 间的电势差U 小于b 、a 间的电势差U ，故D 错误。
原创1：10.3 电势差与电场强度的关系
解法二
运用能量知识求解
1 2
qU mv
2
2qU
v
m粒子Leabharlann 速后的速度只与加速电压有关思考与讨论
上述例题中，M、N是两块平行金属板，两板间
的电场是匀强电场。如果M、N是其他形状，中间的
电场不再均匀，例题中的三个问题还有确定答案吗?
为什么？
如果电场不再均匀，例题中的（1）问题没有确定答案，（2）（3）
和重力与重力
势能类比
WAB＝EpA－EpB
电场强度
电场力的功
电场力做功
与路径无关
电场中两点电势之
差叫电势差
UAB＝φA－φB
电场力
E数值等于沿
场强方向单位
距离的电势差
U＝Ed
试探电荷在场中某
点受的电场力与电
荷量的比值跟试探
电荷无关
E＝F/q
课堂小结
一、电势与电场强度的关系
无直接关系
E大处φ不一定高；φ高处E也不一定大
可用等势面形象表示
电场的这两个性质之间存在着什么关系？
一、电势差与电场强度的关系
1. 推导：如图所示的匀强电场中，电荷从A点移到B点
则WAB＝qUAB
又WAB＝Fd=qEd
比较两式有UAB=Ed
结论：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.说明：
➀ 若A→B不沿电场线，则UAB=Elcosθ =Ed，
思考
平行的电场线一定等距吗?
平行的电场线
平行的等势面
d相同
U
E
d
E相同
思考
安全用电常识中，如果遇到地面有漏电，应该如何
《电势差与电场强度的关系》 知识清单
《电势差与电场强度的关系》知识清单一、电势差电势差，也被称为电压，是衡量电场中两点之间电势高低差异的物理量。
简单来说，它就像是两个地点之间的高度差。
如果我们把电势想象成高度，那么电势差就是高度的差值。
比如，在一个电场中，点 A 的电势为 10 伏特，点 B 的电势为 5 伏特，那么 A 到 B 的电势差就是 5 伏特。
这意味着如果一个电荷从 A 点移动到 B 点，它的电势能将会减少。
电势差的单位是伏特（V），它的大小取决于电场的性质以及两点在电场中的位置。
二、电场强度电场强度则是描述电场强弱和方向的物理量。
我们可以把它想象成一个表示山坡陡峭程度的指标。
电场强度越大，说明电场对电荷的作用力越强，就像山坡越陡峭，物体下滑的趋势越大。
电场强度的定义是：放入电场中某一点的电荷受到的电场力 F 跟它的电荷量 q 的比值，叫做该点的电场强度，用 E 表示。
即 E ＝ F ／ q 。
电场强度的单位是牛顿/库仑（N/C）。
三、电势差与电场强度的关系1、匀强电场中的关系在匀强电场中，电势差与电场强度之间存在着一个简单而重要的关系：U ＝ Ed 。
这里的 U 表示电势差，E 表示电场强度，d 是沿电场方向两点之间的距离。
这个公式告诉我们，如果知道了电场强度和两点之间的距离，就可以计算出这两点之间的电势差；反之，如果知道了电势差和距离，也能求出电场强度。
例如，在一个电场强度为 5 N/C 的匀强电场中，沿电场方向相距 2 米的两点 A 和 B ，它们之间的电势差 U ＝ 5 × 2 ＝ 10 伏特。
需要注意的是，这个公式只适用于匀强电场，对于非匀强电场，这个关系就不那么简单直接了。
2、非匀强电场中的关系在非匀强电场中，电场强度是变化的，不能直接使用 U ＝ Ed 这个公式。
但我们可以通过电场线的疏密程度来大致判断电势差的变化。
电场线越密的地方，电场强度越大，电势降落得越快；电场线越疏的地方，电场强度越小，电势降落得越慢。
电场强度和电势差的关系和计算
电场强度和电势差的关系和计算一、电场强度和电势差的定义电场强度（E）：描述电场力对单位正电荷的作用力大小，单位为牛顿/库仑（N/C）。
电势差（U）：描述电场力对电荷做功的势能差，单位为伏特（V）。
二、电场强度和电势差的关系1.电场力做功与电势差的关系：电场力做的功（W）等于电荷（q）在电场中从一点移动到另一点时电势差（U）与电荷量（q）的乘积，即 W = qU。
2.电场强度与电势差的关系：在电场中，电势差（U）等于电场强度（E）与电荷量（q）的乘积，即 U = Eq。
三、电场强度的计算1.静电场中电场强度的计算：对于一个点电荷产生的静电场，电场强度（E）等于库仑常数（k）与点电荷量（Q）的比值，再除以距离的平方（r^2），即 E = kQ / r^2。
2.均匀电场中电场强度的计算：在均匀电场中，电场强度（E）等于电场力（F）与电荷量（q）的比值，即 E = F / q。
四、电势差的计算1.两点间的电势差计算：两点间的电势差（U）等于两点电势（φ）之差，即U = φA - φB。
2.沿电场线的电势差计算：沿电场线方向，电势差（U）等于电场强度（E）与沿电场线方向上的距离（d）的乘积，即 U = Ed。
五、电场强度和电势差的物理意义1.电场强度反映了电场力对电荷的作用力大小，电势差反映了电场力对电荷做功的势能差。
2.电场强度和电势差的关系表明了电场力做功与势能变化的关系，以及在电场中移动电荷时能量的转换。
六、注意事项1.在计算电场强度和电势差时，要区分清楚各物理量的单位，确保计算正确。
2.在应用公式时，要注意各物理量的符号，避免出现计算错误。
3.理解电场强度和电势差的物理意义，能更好地应用于解决实际问题。
习题及方法：一个点电荷量为+2μC，距离该点电荷10cm（即0.1m）处的电场强度是多少？已知库仑常数k=9×10^9 N·m2/C2。
使用点电荷产生的静电场电场强度公式：E = kQ / r^2将已知数值代入公式：E = (9×10^9 N·m2/C2) × (2×10^-6 C) / (0.1 m)^2E = 1.8×10^4 N/C一个电荷量为+5μC的点电荷置于电场中，受到的电场力是2.5N，求该点电荷所在位置的电场强度。
第一章 第6节《电势差与电场强度的关系》课件(选修3-1)
[特别提醒] 虽然 U＝Ed 仅适用于匀强电场，但对于非匀 强电场，可以用它来解释等差等势面的疏密与电场强度大小的 关系，当 U 一定时，E 越大，则 d 越小，即电场强度越大，等 差等势面越密。
1.如图 1－6－2 所示， 在电场强度 E＝4.0×103 N/C 的匀强电场 中有相距 5.0 cm 的 A、B 两点，两点连线与电场强度方向成 30° 角，求 A、B 两点间的电势差。
(1)连接 AC，并作出 AC 的中点 O； (2)再作出 AO 的中点 O′； (3)连接 O′B； (4)过 A 点作直线 O′B 的垂线 AD，电场 E 的方向由 A→D。
[答案] 见解析
在匀强电场中，电场线是一簇相互平行的直线，等势 面也相互平行且电场线垂直于等势面，根据在匀强电场中沿 任意方向电势均匀降落来确定电场方向。
2.如图 1－6－3 所示，A、B、C、D 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 点的电势 φD＝ 。
图 1－6－3
解析：由匀强电场中电势差公式得： φA－φD＝φB－φC 解得：φD＝9 V。
答案： 9 V
(1)由公式 UAB＝Ed 得 E＝ (3)在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的 电势差 与两点沿 电场强度 方向距离的比值。 (4)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 。
[重点诠释] 1.电场强度三个公式的区别 区别 公式 物理含义 引入过程 适用范围
F E＝ q
F F∝q，q 与 F、q 无 电场强度 适用于一切 的定义式 关，反映某点电场 电场 的性质
(3)在应用时，我们更多地把公式 UAB＝Ed 简化为 U＝Ed， 即我们只是把两点间的电势差大小、电场强度大小通过公式联 系起来，至于电势差的正负、电场强度的方向我们根据题意另 作判断，这样处理可以避免引起不必要的混淆。 (4)在非匀强电场中，E 和 U 也有一定的关系，但不像在匀 强电场中的关系式那么简单，虽然公式 UAB＝Ed 只适用于匀强 电场的定量计算，但对一些非匀强电场的问题，也可以运用公 式进行定性的判断。
高中物理人教必修三第3节 电势差与电场强度的关系
第3节电势差与电场强度的关系核心素养物理观念科学思维1.理解匀强电场中电势差与电场强度的关系：U＝Ed或E＝Ud，了解其适用条件。
2.了解带电粒子在电场中只受静电力作用时的运动情况。
1.会推导关系式U＝Ed。
2.能利用关系式U＝Ed分析非匀强电场相关问题。
3.对比有关电场强度的三个表达式及适用条件，并在具体问题中准确选用公式解决有关问题。
4.会用等分法确定等势面和电场线。
知识点一匀强电场中电势差与电场强度的关系[观图助学](1)因为每个台阶都是一样高的，所以10×0.2 m＝2 m就是两人的高度差(如图甲所示)。
在匀强电场中能否用场强乘以距离得到两点间的电势差？(2)如图是初中地理中的等高线图(图中数字的单位是m)，请同学们结合图乙探究以下几个问题：①小山坡的左边a和右边b哪一边的地势更陡些？②如果把一个球从山坡左、右两边滚下(不考虑摩擦)，哪边的加速度更大？③现在把图看成是描述电势高低的等势线，图中数字的单位是V，a和b哪一边电势降落得快？哪一边的电场强度大？甲乙1.关系：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.关系式：U＝Ed。
3.物理意义：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。
4.适用条件：匀强电场，d是沿电场方向两点间的距离。
[思考判断](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。
(×)知识点二电场强度的另一种表达1.表达式：E＝U AB d。
2.物理意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的比值。
也就是说，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.场强的另一个单位：伏[特]每米，符号V/m，1 N/C＝1 V/m。
[思考判断](1)由公式E＝Ud可知，电场强度与电势差U成正比。
《电势差与电场强度的关系》知识要点和常见题型
第6节电势差与电场强度的关系【知识要点】要点一公式U＝Ed的适用范围和电场强度表达式的对比公式U＝Ed虽然是由匀强电场导出来的，但该结论具有普遍意义，尽管该公式一般只适用于匀强电场的计算，但对其他非匀强电场亦可用于定性判断．下表是电场强度的三个公式对比：1．公式E＝Ud反映了匀强电场中电场强度与电势差之间的关系，由公式可知，电场强度的方向就是电场中电势降低最快的方向．2．公式中d可理解为电场中两等势面之间的距离，由此可得出一个结论：在匀强电场中，两长度相等且相互平行的线段的端点间的电势差相等．3．对于非匀强电场，用公式E＝Ud可以定性分析某些问题．例如E越大处，等差等势面距离d越小．因此可以断定，等势面越密的地方电场强度也越大．4．E＝Ud适用于匀强电场的计算，但对于某些非匀强电场问题，有时也可以进行定性地分析.【问题探究】1.电场强度、电势和电势差的区别与联系是什么？描述电场的物理量及意义电场强度E电势φ电势差U AB电场的力的性质电场的能的性质电场中两点间对电荷做功的本领对电场中的电荷的描述静电力F 电势能E p静电力做功W 相互关系F＝qE E p＝qφW＝qU ABW＝－ΔE p，U＝Ed由表中可以看出，电场强度是描述电场的力的性质的物理量，可以理解为已知电场强度，就可以知道任意电荷在该点的受力情况；同理，已知φ时，可得任意电荷在该点的电势能；已知U AB时，可得到在AB间移动任意电荷时静电力所做的功．2．电场线是直线的电场有哪些常见情况？(1)点电荷电场(如图1－6－3所示)图1－6－3(2)等量异种电荷连线(如图1－6－4所示)图1－6－4(3)匀强电场(如图1－6－5所示)图1－6－5可见，一条电场线是直线，不一定是匀强电场．只有在匀强电场中可以直接应用U ＝Ed ，在非匀强电场中只能对有关问题进行定性分析.【例题分析】一、匀强电场中电势差与电场强度的关系【例1】 图1－6－6所示是匀强电场中的一组等势面，若A 、B 、C 、D 相邻两点间距离都是2 cm ，则该电场的场强为________ V/m ，到A 点距离为1.5 cm 的P 点电势为________ V .图1－6－6答案1 00033 －2.5解析 因为电场是匀强电场，所以可用E ＝U BAd 求解，但必须明确d 是指A 、B 两点在电场线方向上的距离，且各单位必须用国际单位制中的单位．所以E ＝U BA d ＝U BAAB sin 60°＝100.02×32V/m ＝1 00033 V/mU BP ＝E PB sin 60°＝1 0003×0.005×32 V ＝2.5 VφP ＝－2.5 V二、非匀强电场中的电场线【例2】 (1)如图1－6－7是一非匀强电场，某一电场线上A 、B 、C 三点AB ＝BC ，比较U AB 和U BC 的大小．图1－6－7(2)如图1－6－8所示，在同一幅等差等势面图中，为什么等势面越密的地方场强越大？图1－6－8答案(1)U AB>U BC(2)见解析解析(1)由电场线分布可知，AB段的任一点的场强都大于BC段任一点的场强，故AB段场强的平均值E1大于BC段场强的平均值E2，又U AB＝E1·AB；U BC＝E2·BC，故U AB>U BC.(2)在同一幅等差等势面图中，我们往往把每个相邻等势面间的电势差取一个定值，如果相邻等势面的间距越小(等势面越密)，那么场强E＝U/d就越大.【对点练习】1.下列公式适用于任何电场的是()A．W＝qU B．U＝Ed C．E＝Fq D．E＝kQr22．如图1－6－9所示是一个匀强电场的等势面，图1－6－9每两个相邻等势面相距2 cm，由此可以确定电场强度的方向和数值是() A．竖直向下，E＝100 V/mB．水平向左，E＝100 V/mC．水平向左，E＝200 V/mD．水平向右，E＝200 V/m3．如图1－6－10中图1－6－10a、b、c是一条电场线上三个点，电场线的方向由a到c，a、b间的距离等于b、c间的距离，用φa、φb、φc和E a、E b、E c分别表示a、b、c三点的电势和电场强度，可以断定()A．φa>φb>φc B．E a>E b>E cC．φa－φb＝φb－φc D．E a＝E b＝E c4．如图1－6－11所示图1－6－11的匀强电场中有a、b、c三点，ab＝5 cm，bc＝12 cm，其中ab沿电场方向，bc和电场方向成60°角．一个电荷量为q＝4×10－8 C的正电荷从a移到b，静电力做功为W1＝1.2×10－7 J．求：(1)匀强电场的场强．(2)电荷从b移到c，静电力做的功．(3)a、c两点间的电势差．【常见题型】题型一利用匀强电场中电场线和等势面的关系求解问题匀强电场中有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电势、最高电势分别为() A．(2－3) V、(2＋ 3 ) V B．0 V、4 VC ．(2－433) V 、(2＋433) V D ．0 V 、 3 V[思维步步高] 作出三点位置关系图象．在匀强电场中电场线和等势面的分布情况是什么样的？直角三角形内各个边之间的数值关系是什么？如何找出等势线从而找出电场线？[解析] 如右图所示，根据匀强电场的电场线与等势面都是平行等间距排列，且电场线与等势面处处垂直，沿着电场线方向电势均匀降落，取ab 的中点O ，即为三角形的外接圆的圆心，且该点电势为2 V ，故Oc 为等势面，MN 为电场线，方向为MN 方向，3OP Oa U U V ==，UON ∶UOP=2∶3，故UON=2 V ，N 点电势为零，为最低电势点，同理M 点电势为4 V ，为最高电势点．[答案] B[拓展探究]如图1所示，图1在地面上方有一个匀强电场，在该电场中取点O 作为圆心，以R ＝10 cm 为半径，在竖直平面内做一个圆，圆平面平行于匀强电场的电场线，在O 点固定一个电荷量为Q ＝－5×10－4 C 的电荷．当把一个质量为m ＝3 g ，电荷量为q ＝2×10－10C 带电小球放在圆周上的a 点时，它恰好能静止不动，那么匀强电场的电场线跟Oa 线夹角为________．若将带电小球从a 点缓慢移到圆周上最高点b ，外力做功W ＝________ J.[答案] arctan 13 9×10－3[解析] 分析带电粒子的受力，粒子受到自身的重力，方向竖直向下，圆心处电荷的吸引力和匀强电场的静电力，三个力处于平衡状态，根据三力平衡之间的关系求出相应的角度，在移动电荷的过程中，圆心处电荷对电荷不做功，有静电力做功和重力做功．[方法点拨]确定电场线可以用等势面，根据是电场线和等势面垂直；同样，判断等势面也可以用电场线，理由相同，这是高考在电场知识的考查的主要方向之一.题型二公式E＝Ud的理解匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点，图2AB的长度为1 m，D为AB的中点，如图2所示．已知电场线的方向平行于△ABC所在平面，A、B、C三点的电势分别为14 V、6 V和2 V．设场强大小为E，一电荷量为1×10－6 C的正电荷从D点移到C点静电力所做的功为W，则() A．W＝8×10－6 J，E>8 V/mB．W＝6×10－6 J，E>6 V/mC．W＝8×10－6 J，E≤8 V/mD．W＝6×10－6 J，E≤6 V/m[思维步步高] D点电势跟A、B两点间的电势有什么关系？怎样根据这个关系求出D点的电势？从D移动到C静电力做功和什么因素有关？怎样求解静电力做的功？电场线的方向怎样确定？AB方向是不是电场线方向？[解析]电场是匀强电场，所以AB中点处D点的电势是AB间电势的中间值，为10 V，DC间的电势差为8 V，静电力做功W＝qU DC＝8×10－6 J；由图及各点电势可知，电场线不平行于AB，根据E＝Ud，其中d为沿着电场线方向的距离，所以电场强度E>U ABAB＝8 V/m.[答案] A[拓展探究]a、b、c、d是匀强电场中的四个点，图3它们正好是一个矩形的四个顶点．电场线与矩形所在的平面平行．已知a 点的电势是20 V，b点的电势是24 V，d点的电势是4 V．如图3所示，由此可知，c点的电势为()A．4 V B．8 VC．12 V D．24 V[答案] B[解析]匀强电场中，ab之间的电势差等于dc之间的电势差，可知c点电势为8 V.[方法点拨]在匀强电场中，电势差和电场强度存在E＝Ud，但要注意的是d不是两点之间的距离，而是两点所处等势面的距离，或者说是两点沿着电场线方向的距离.【课后作业】一、选择题1．下列说法正确的是()A．匀强电场中各处场强相等，电势也相等B．等势体各点电势相等，场强也相等C．沿电场线方向电势一定越来越低D．电势降低的方向就是电场线的方向2．下列关于匀强电场中场强和电势差的关系，正确的说法是( )A．在相同距离上的两点，电势差大的其场强也必定大B．场强在数值上等于每单位距离上的电势降落C．沿着电场线方向，任何相同距离上的电势降落必定相等D．电势降低的方向必定是电场强度的方向3．下图中，A、B、C是匀强电场中的三个点，各点电势φA＝10 V、φB＝2 V、φC＝6 V，A、B、C三点在同一平面上，下列各图中电场强度的方向表示正确的是()4．如图4所示，匀强电场场强E＝100 V/m，A、B两点相距10 cm，A、B 连线与电场线夹角为60°，则U BA之值为()图4A．－10 V B．10 V C．－5 V D．－5 3 V5．如图5所示，图5A、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＝10－5 C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－1.73×10－3 J，则该匀强电场的场强大小和方向为() A．865 V/m，垂直AC向左B．865 V/m，垂直AC向右C．1 000 V/m，垂直AB斜向上D．1 000 V/m，垂直AB斜向下6．如图6所示，图6在沿着x轴正方向的匀强电场E中，有一动点A以O点为圆心、以r为半径逆时针转动，θ为OA与x轴正方向之间的夹角，则O、A两点之间的电势差为()A．U OA＝ErB．U OA＝Er sin θC．U OA＝Er cos θD．U OA＝E r cos θ7．如图7所示，图7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MA边平行于电场线，把一电荷量q＝2×10－9 C的正电荷从B移动到M点，再从M点移动到A点，静电力做功为()A．0.16×10－6 J B．0.12×10－6 JC．－0.16×10－6 J D．－0.12×10－6 J二、计算论述题8．如图8所示，图8MN板间匀强电场E＝2.4×104N/C，方向竖直向上．电场中A、B两点相距10 cm，AB连线与电场方向夹角θ＝60°，A点和M板相距2 cm.(1)此时U BA等于多少？(2)一点电荷Q＝5×10－8 C，它在A、B两点电势能之差为多少？若M板接地，A点电势是多少？B点电势是多少？9.图9在一个匀强电场中有A、B、C三点，AB长为5 cm，AC长为3 cm，BC长为4 cm，如图9所示．电场强度方向平行于纸面，电子在静电力作用下由C运动到A，动能减少120 eV，质子在静电力作用下由C运动至B，动能增加120 eV，求该匀强电场的大小和方向．10．如图10所示的电场，图10等势面是一簇互相平行的竖直平面，间隔均为d，各等势面的电势已在图中标出．现有一质量为m的带电小球以速度v0、方向与水平方向成45°角斜向上射入电场，要使小球做直线运动．问：(1)小球应带何种电荷？电荷量是多少？(2)在入射方向上小球最大位移是多少？(电场足够大)参考答案【对点练习】1.答案 AC2.答案 B解析 电场线和等势面的关系是相互垂直的，所以电场线是水平方向的，又因为电势随着电场线方向逐渐降低，所以电场强度方向水平向左．根据E ＝Ud ＝2 V2×10－2 m＝100 V/m.3.答案 A解析 一条电场线可以判断电势的高低，但是不能判断场强的大小．因为一条电场线无法确定疏密程度．4.答案 (1)60 V/m (2)1.44×10－7 J (3)6.6 V解析 (1)设a 、b 间距离为d ，由题设条件有W 1＝qU ab ＝qEd ，所以E ＝W 1qd ＝1.2×10－74×10－8×5×10－2V/m ＝60 V/m.(2)W 2＝qE bc ·cos 60°＝4×10－8×60×12×10－2×0.5 J ＝1.44×10－7 J(3)电荷从a 移到c 静电力做功：W ＝W 1＋W 2，又W ＝qU ac ，所以U ac ＝W 1＋W 2q ＝1.2×10－7＋1.44×10－74×10－8V ＝6.6 V【课后作业】一、选择题1.答案 C2.答案 C3.答案 D4.答案 C5.答案 D解析 把电荷q 从A 移到B ，静电力不做功，说明A 、B 两点在同一等势面上，因该电场为匀强电场，等势面应为平面，故图中直线AB 即为等势线，场强方向应垂直于直线AB ，可见，选项A 、B 不正确．U BC ＝W BC q ＝－ 1.73×10－310－5V ＝－173 VB 点电势比C 点低173 V ，因电场线指向电势降低的方向，所以场强方向必垂直于AB 斜向下，场强大小E ＝Ud ＝U BC sin 60°＝1730.2×32V/m ＝1 000 V/m6.答案 C解析 OA 之间沿电场线方向的距离是d ＝r cos θ，根据U ＝Ed ＝Er cos θ，选项C 正确．7.答案 C二、计算题8.答案 (1)－1 200 V (2)6×10－5 J －480 V －1 680 V解析 (1)在匀强电场中等势面与电场线垂直，且φA 大于φB ，所以U BA ＝φB －φA 为负值．又因为在匀强电场中E ＝Ud ，则U AB ＝E ·d AB .题目中已知AB 连线与电场线夹角60°，则AB 连线与等势面夹角为30°，d AB ＝x AB ·sin 30°＝12x AB ＝5 cm ＝0.05 m ，U AB ＝2.4×104×0.05 V ＝1 200 V ，则U BA ＝－1 200 V .(2)正电荷在电势高处电势能大，电势能差为：ΔE p ＝E p A －E p B ＝qU AB ＝5×10－8C×1 200 V ＝6×10－5 J ．若M 板接地，M 板电势为0，A 点电势比零低，U MA ＝φM －φA ＝Ed MA ＝480 V ，则φA ＝－480 V ，φB ＝－480 V －1 200 V ＝－1 680 V .9.答案 5.0×103 V/m 场强方向垂直AB 的直线斜向上解析 电子由C 运动到A ，减少的动能转化为电子的电势能，因电子带负电，则可知C 点电势高于A 点，两点间电势差为120 V ．质子由C 点移到B 点，减少的电势能转化为动能，则C 点电势高于B 点，两点间电势差亦为120 V ，由此可知A 、B 两点位于同一等势面上．因为该电场为匀强电场，根据电场线与等势面的关系可知，场强方向垂直AB 的直线斜向上，如右图所示，场强方向可用CD 来表示．由已知条件得125AC CD CB cm AB =•=，所以场强大小为35.010CBW E eCD==⨯ V/m.10.答案 (1)正电 mgd U (2)2v 204g解析 (1)作电场线如下图(a)所示，由题意，只有小球受到向左的静电力，静电力和重力的合力与初速度才可能在一条直线上．如图(b)所示，只有当F 合与v 0在一条直线上才可能使小球做直线运动．所以小球带正电，小球沿v 0方向做匀减速运动．由图(b)知qE ＝mg .相邻等势面间的电势差用U 表示，所以E ＝Ud ，所以q ＝mg E ＝mgdU .(2)由图(b)知F 合=()()22qE mg += 2因为qE=mg)由动能定理F -合·m x =20102mu - 所以22002422m u x g mg==。
高中物理选修3-1-电势差与电场强度的关系
电势差与电场强度的关系知识集结知识元电势差与电场强度的关系知识讲解常见电场的电场线和等势线1．等量异种电荷电场线和等势线两电荷连线上沿电场线方向电势逐渐降低，中垂线是电势为零的等势线。
中间竖直平面是等势面。
检验电荷在等势面上移动时电场力不做功。
2．等量同种电荷电场线和等势线两电荷连线上电势最低点是中点，中垂线上，向两边沿电场线方向电势一直降低，无穷远电势为零。
电场强度和电势差关系1．大小关系：U AB=Ed=El cosθ或者公式表明匀强电场的电场强度在数值上等于沿电场线方向上单位距离的电势差，因此电场强度的单位也可以是N/m。
2．适用条件：只能适用于匀强电场中的定量计算，在非匀强电场中得到的是电势差随空间的变化率，是电场强度的平均值。
3．方向关系：场强方向是电势降落最快的方向，只有沿着场强方向，在单位长度上的电势差最大，也就是说电势降落最快的方向是电场强度方向。
但是电势降落方向不一定是电场强度方向。
4．推论：匀强电场中相互平行的直线上是距离相等的点电势差相等。
例题精讲电势差与电场强度的关系空间存在一沿x轴方向的静电场，电势φ随x变化的关系如图所示，下列说法正确的是（）A．沿x轴正方向，从0到无穷远电势先降低后升高，场强先减小后增大B．将带正电粒子由0～x1之间的位置静止释放（不包括点x1）仅受电场力作用，粒子先向右加速，后向右减速，最终速度为零C．x1位置场强最小，大小为0D．在图示区域内x2点两侧电场强度方向相反例2.如图，△ABC中∠B为直角，∠A=60°，AB=4cm。
空间中存在一匀强电场，其方向平行于△ABC所在的平面，A、B、C三点的电势分别为0V、2V、8V，则该电场的电场强度为（）A．50V/m B．50V/mC．100V/m D．V/m例3.某静电场的方向平行于x轴，其电势φ随x的分布如图所示。
一质量m=4×10-10kg电荷量q=2×10-9C的带负电粒子（不计重力）（-1m，0）点由静止开始，仅在电场力作用下在x轴上往返运动。
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第6节电势差与电场强度的关系【知识要点】要点一公式U＝Ed的适用围和电场强度表达式的对比公式U＝Ed虽然是由匀强电场导出来的，但该结论具有普遍意义，尽管该公式一般只适用于匀强电场的计算，但对其他非匀强电场亦可用于定性判断．下表是电场强度的三个公式对比：1．公式E＝Ud反映了匀强电场中电场强度与电势差之间的关系，由公式可知，电场强度的方向就是电场中电势降低最快的方向．2．公式中d可理解为电场中两等势面之间的距离，由此可得出一个结论：在匀强电场中，两长度相等且相互平行的线段的端点间的电势差相等．3．对于非匀强电场，用公式E＝Ud可以定性分析某些问题．例如E越大处，等差等势面距离d越小．因此可以断定，等势面越密的地方电场强度也越大．4．E＝Ud适用于匀强电场的计算，但对于某些非匀强电场问题，有时也可以进行定性地分析.【问题探究】1.电场强度、电势和电势差的区别与联系是什么？描述电场的物理量及意义电场强度E电势φ电势差U AB电场的力的性质电场的能的性质电场中两点间对电荷做功的本领对电场中的电荷的描述静电力F 电势能E p静电力做功W 相互关系F＝qE Ep＝qφW＝qU ABW＝－ΔEp，U＝Ed知电场强度，就可以知道任意电荷在该点的受力情况；同理，已知φ时，可得任意电荷在该点的电势能；已知U AB时，可得到在AB间移动任意电荷时静电力所做的功．2．电场线是直线的电场有哪些常见情况？(1)点电荷电场(如图1－6－3所示)图1－6－3(2)等量异种电荷连线(如图1－6－4所示)图1－6－4(3)匀强电场(如图1－6－5所示)图1－6－5可见，一条电场线是直线，不一定是匀强电场．只有在匀强电场中可以直接应用U＝Ed，在非匀强电场中只能对有关问题进行定性分析.【例题分析】一、匀强电场中电势差与电场强度的关系【例1】图1－6－6所示是匀强电场中的一组等势面，若A、B、C、D相邻两点间距离都是2 cm，则该电场的场强为________ V/m，到A点距离为1.5 cm 的P点电势为________ V.图1－6－6答案1 00033－2.5解析因为电场是匀强电场，所以可用E＝UBAd求解，但必须明确d是指A、B 两点在电场线方向上的距离，且各单位必须用国际单位制中的单位．所以E＝UBAd＝UBAAB sin 60°＝100.02×32V/m＝1 00033V/mUBP＝E PB sin 60°＝1 0003×0.005×32V＝2.5 VφP＝－2.5 V二、非匀强电场中的电场线【例2】 (1)如图1－6－7是一非匀强电场，某一电场线上A、B、C三点AB ＝BC，比较U AB和U BC的大小．图1－6－7(2)如图1－6－8所示，在同一幅等差等势面图中，为什么等势面越密的地方场强越大？图1－6－8答案(1)U AB>U BC(2)见解析解析(1)由电场线分布可知，AB段的任一点的场强都大于BC段任一点的场强，故AB段场强的平均值E1大于BC段场强的平均值E2，又U AB＝E1·AB；U BC ＝E2·BC，故U AB>U BC.(2)在同一幅等差等势面图中，我们往往把每个相邻等势面间的电势差取一个定值，如果相邻等势面的间距越小(等势面越密)，那么场强E＝U/d就越大.【对点练习】1.下列公式适用于任何电场的是( )A．W＝qU B．U＝Ed C．E＝FqD．E＝kQr22．如图1－6－9所示是一个匀强电场的等势面，图1－6－9每两个相邻等势面相距2 cm，由此可以确定电场强度的方向和数值是( ) A．竖直向下，E＝100 V/mB．水平向左，E＝100 V/mC．水平向左，E＝200 V/mD．水平向右，E＝200 V/m3．如图1－6－10中图1－6－10a、b、c是一条电场线上三个点，电场线的方向由a到c，a、b间的距离等于b、c间的距离，用φa、φb、φc和E a、E b、E c分别表示a、b、c三点的电势和电场强度，可以断定( )A．φa>φb>φc B．E a>E b>E cC．φa－φb＝φb－φc D．E a＝E b＝E c4．如图1－6－11所示图1－6－11的匀强电场中有a、b、c三点，ab＝5 cm，bc＝12 cm，其中ab沿电场方向，bc和电场方向成60°角．一个电荷量为q＝4×10－8C的正电荷从a移到b，静电力做功为W＝1.2×10－7 J．求：1(1)匀强电场的场强．(2)电荷从b移到c，静电力做的功．(3)a、c两点间的电势差．【常见题型】题型一利用匀强电场中电场线和等势面的关系求解问题匀强电场中有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电势、最高电势分别为( )A ．(2－3) V 、(2＋ 3 ) VB ．0 V 、4 VC ．(2－433) V 、(2＋433) V D ．0 V 、 3 V[思维步步高] 作出三点位置关系图象．在匀强电场中电场线和等势面的分布情况是什么样的？直角三角形各个边之间的数值关系是什么？如何找出等势线从而找出电场线？[解析] 如右图所示，根据匀强电场的电场线与等势面都是平行等间距排列，且电场线与等势面处处垂直，沿着电场线方向电势均匀降落，取ab 的中点O ，即为三角形的外接圆的圆心，且该点电势为2 V ，故Oc 为等势面，MN 为电场线，方向为MN 方向，3OP Oa U U V ==，UON∶UOP=2∶3，故UON=2 V ，N 点电势为零，为最低电势点，同理M 点电势为4 V ，为最高电势点．[答案] B[拓展探究]如图1所示，图1在地面上方有一个匀强电场，在该电场中取点O 作为圆心，以R ＝10 cm 为半径，在竖直平面做一个圆，圆平面平行于匀强电场的电场线，在O 点固定一个电荷量为Q ＝－5×10－4 C 的电荷．当把一个质量为m ＝3 g ，电荷量为q ＝2×10－10C 带电小球放在圆周上的a 点时，它恰好能静止不动，那么匀强电场的电场线跟Oa 线夹角为________．若将带电小球从a 点缓慢移到圆周上最高点b ，外力做功W ＝________ J.[答案] arctan 139×10－3[解析] 分析带电粒子的受力，粒子受到自身的重力，方向竖直向下，圆心处电荷的吸引力和匀强电场的静电力，三个力处于平衡状态，根据三力平衡之间的关系求出相应的角度，在移动电荷的过程中，圆心处电荷对电荷不做功，有静电力做功和重力做功．[方法点拨]确定电场线可以用等势面，根据是电场线和等势面垂直；同样，判断等势面也可以用电场线，理由相同，这是高考在电场知识的考查的主要方向之一.题型二公式E＝Ud的理解匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点，图2AB的长度为1 m，D为AB的中点，如图2所示．已知电场线的方向平行于△ABC所在平面，A、B、C三点的电势分别为14 V、6 V和2 V．设场强大小为E，一电荷量为1×10－6 C的正电荷从D点移到C点静电力所做的功为W，则( ) A．W＝8×10－6 J，E>8 V/mB．W＝6×10－6 J，E>6 V/mC．W＝8×10－6 J，E≤8 V/mD．W＝6×10－6 J，E≤6 V/m[思维步步高] D点电势跟A、B两点间的电势有什么关系？怎样根据这个关系求出D点的电势？从D移动到C静电力做功和什么因素有关？怎样求解静电力做的功？电场线的方向怎样确定？AB方向是不是电场线方向？[解析] 电场是匀强电场，所以AB中点处D点的电势是AB间电势的中间值，为10 V，DC间的电势差为8 V，静电力做功W＝qU DC＝8×10－6 J；由图及各点电势可知，电场线不平行于AB，根据E＝Ud，其中d为沿着电场线方向的距离，所以电场强度E>UABAB＝8 V/m.[答案] A[拓展探究]a、b、c、d是匀强电场中的四个点，图3它们正好是一个矩形的四个顶点．电场线与矩形所在的平面平行．已知a 点的电势是20 V，b点的电势是24 V，d点的电势是4 V．如图3所示，由此可知，c点的电势为( )A．4 V B．8 VC．12 V D．24 V[答案] B[解析] 匀强电场中，ab之间的电势差等于dc之间的电势差，可知c点电势为8 V.[方法点拨]在匀强电场中，电势差和电场强度存在E＝Ud，但要注意的是d不是两点之间的距离，而是两点所处等势面的距离，或者说是两点沿着电场线方向的距离.【课后作业】一、选择题1．下列说确的是( )A．匀强电场中各处场强相等，电势也相等B．等势体各点电势相等，场强也相等C．沿电场线方向电势一定越来越低D．电势降低的方向就是电场线的方向2．下列关于匀强电场中场强和电势差的关系，正确的说法是( )A．在相同距离上的两点，电势差大的其场强也必定大B．场强在数值上等于每单位距离上的电势降落C．沿着电场线方向，任何相同距离上的电势降落必定相等D．电势降低的方向必定是电场强度的方向3．下图中，A、B、C是匀强电场中的三个点，各点电势φA＝10 V、φB＝2 V、φ＝6 V，A、B、C三点在同一平面上，下列各图中电场强度的方向表示正确的C是( )4．如图4所示，匀强电场场强E＝100 V/m，A、B两点相距10 cm，A、B连线与电场线夹角为60°，则U BA之值为( )图4A．－10 V B．10 V C．－5 V D．－5 3 V5．如图5所示，图5A、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＝10－5 C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－1.73×10－3 J，则该匀强电场的场强大小和方向为( )A．865 V/m，垂直AC向左B．865 V/m，垂直AC向右C．1 000 V/m，垂直AB斜向上D．1 000 V/m，垂直AB斜向下6．如图6所示，图6在沿着x轴正方向的匀强电场E中，有一动点A以O点为圆心、以r为半径逆时针转动，θ为OA与x轴正方向之间的夹角，则O、A两点之间的电势差为( )A．U OA＝ErB．U OA＝Er sin θC．U OA＝Er cos θD．U OA＝Er cos θ7．如图7所示，图7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MA边平行于电场线，把一电荷量q＝2×10－9 C的正电荷从B移动到M点，再从M点移动到A点，静电力做功为( )A．0.16×10－6 J B．0.12×10－6 JC．－0.16×10－6 J D．－0.12×10－6 J二、计算论述题8．如图8所示，图8MN板间匀强电场E＝2.4×104 N/C，方向竖直向上．电场中A、B两点相距10 cm，AB连线与电场方向夹角θ＝60°，A点和M板相距2 cm.(1)此时U BA等于多少？(2)一点电荷Q＝5×10－8C，它在A、B两点电势能之差为多少？若M板接地，A点电势是多少？B点电势是多少？9.图9在一个匀强电场中有A、B、C三点，AB长为5 cm，AC长为3 cm，BC长为4 cm，如图9所示．电场强度方向平行于纸面，电子在静电力作用下由C运动到A，动能减少120 eV，质子在静电力作用下由C运动至B，动能增加120 eV，求该匀强电场的大小和方向．10．如图10所示的电场，图10等势面是一簇互相平行的竖直平面，间隔均为d，各等势面的电势已在图中标出．现有一质量为m的带电小球以速度v0、方向与水平方向成45°角斜向上射入电场，要使小球做直线运动．问：(1)小球应带何种电荷？电荷量是多少？(2)在入射方向上小球最大位移是多少？(电场足够大)参考答案【对点练习】1.答案AC2.答案 B解析电场线和等势面的关系是相互垂直的，所以电场线是水平方向的，又因为电势随着电场线方向逐渐降低，所以电场强度方向水平向左．根据E＝U d ＝2 V2×10－2 m＝100 V/m.3.答案 A解析一条电场线可以判断电势的高低，但是不能判断场强的大小．因为一条电场线无法确定疏密程度．4.答案(1)60 V/m (2)1.44×10－7 J (3)6.6 V解析(1)设a、b间距离为d，由题设条件有W1＝qU ab＝qEd，所以E＝W1 qd ＝1.2×10－74×10－8×5×10－2V/m＝60 V/m.(2)W2＝qE bc·cos 60°＝4×10－8×60×12×10－2×0.5 J＝1.44×10－7 J(3)电荷从a移到c静电力做功：W＝W1＋W2，又W＝qU ac，所以U ac＝W1＋W2 q＝1.2×10－7＋1.44×10－74×10－8V＝6.6 V【课后作业】一、选择题1.答案 C2.答案 C3.答案 D4.答案 C5.答案 D解析把电荷q从A移到B，静电力不做功，说明A、B两点在同一等势面上，因该电场为匀强电场，等势面应为平面，故图中直线AB即为等势线，场强方向应垂直于直线AB，可见，选项A、B不正确．U BC ＝W BC q ＝－1.73×10－310－5V ＝－173 VB 点电势比C 点低173 V ，因电场线指向电势降低的方向，所以场强方向必垂直于AB 斜向下，场强大小E ＝Ud＝U BC sin 60°＝1730.2×32V/m ＝1 000 V/m6.答案 C解析 OA 之间沿电场线方向的距离是d ＝r cos θ，根据U ＝Ed ＝Er cos θ，选项C 正确．7.答案 C二、计算题8.答案 (1)－1 200 V (2)6×10－5 J －480 V －1 680 V解析 (1)在匀强电场中等势面与电场线垂直，且φA 大于φB ，所以U BA ＝φB－φA 为负值．又因为在匀强电场中E ＝U d，则U AB ＝E ·d AB .题目中已知AB 连线与电场线夹角60°，则AB 连线与等势面夹角为30°，d AB ＝x AB ·sin 30°＝12x AB ＝5cm ＝0.05 m ，U AB ＝2.4×104×0.05 V＝1 200 V ，则U BA ＝－1 200 V.(2)正电荷在电势高处电势能大，电势能差为：ΔE p ＝E p A －E p B ＝qU AB ＝5×10－8C×1 200 V＝6×10－5 J ．若M 板接地，M 板电势为0，A 点电势比零低，U MA ＝φM －φA ＝Ed MA ＝480 V ，则φA ＝－480 V ，φB ＝－480 V －1 200 V ＝－1 680 V.9.答案 5.0×103 V/m 场强方向垂直AB 的直线斜向上解析 电子由C 运动到A ，减少的动能转化为电子的电势能，因电子带负电，则可知C 点电势高于A 点，两点间电势差为120 V ．质子由C 点移到B 点，减少的电势能转化为动能，则C 点电势高于B 点，两点间电势差亦为120 V ，由此可知A 、B 两点位于同一等势面上．因为该电场为匀强电场，根据电场线与等势面的关系可知，场强方向垂直AB 的直线斜向上，如右图所示，场强方向可用CD 来表示．由已知条件得125AC CD CB cm AB =•=，所以场强大小为35.010CBW E eCD==⨯ V/m.10.答案 (1)正电 mgd U (2)2v 204g解析 (1)作电场线如下图(a)所示，由题意，只有小球受到向左的静电力，静电力和重力的合力与初速度才可能在一条直线上．如图(b)所示，只有当F合与v 0在一条直线上才可能使小球做直线运动．所以小球带正电，小球沿v 0方向做匀减速运动．由图(b)知qE ＝mg .相邻等势面间的电势差用U 表示，所以E ＝Ud ，所以q ＝mg E ＝mgdU.(2)由图(b)知F 合=()()22qE mg +2mg(因为qE=mg)由动能定理F -合·m x =20102mu -所以22002422m u x g mg==。