第一章_第5-6节_电势差_电势差与电场强度的关系.doc

第5节电势差.要点一 电势差定义式UABWAB/q的理解1UAB中，WAB为q从初位置A运动到末位置B时静电力做的功，计算时W与U的角标要对应，即WABqUAB，WBAqUBA.2UAB中，各量均可带正负号运算但代表的意义不同WAB的正、负号表示正、负功；q的正、负号表示电性，UAB的正、负号反映A、B的高低3公式UAB不能认为UAB与WAB成正比，与q成反比，只是可以利用WAB、q来测量A、B两点电势差UAB，UAB由电场和A、B两点的位置决定4WABqUAB，适用于任何电场静电力做的功WAB与移动电荷q的路径无关只与初、末位置的电势差有关要点二 有静电力做功时的功能关系1只有静电力做功只发生电势能和动能之间的相互转化，电势能和动能之和保持不变，它们之间的大小关系为：W电E电Ek.2只有静电力和重力做功只发生电势能、重力势能和动能之间的相互转化，电势能、重力势能、动能三者之和保持不变，功和能的大小关系为：W电WG(E电Ep)Ek.3多个力做功多种形式的能量参与转化，要根据不同力做功和不同形式能转化的对应关系分析，总功等于动能的变化，其关系为：W电W其他Ek.4静电力做功的计算方法有三种：(1)在匀强电场中，WFlcos qElcos ，是E、l方向的夹角(2)WABqUAB既适用于匀强电场，又适用于非匀强电场(3)由静电场的功能关系也可确定静电力做功.1.描述电势差的两个公式UAB和UABAB的区别是什么？电场具有多种属性，我们可以从不同角度描述电场的属性，公式UAB是从静电力做功的角度，而UABAB是从电势出发来定义电势差UAB中，WAB为q从初位置A移动到末位置B静电力做的功，WAB可为正值，也可为负值；q为电荷所带电荷量，正电荷取正值，负电荷取负值由UAB可以看出，UAB在数值上等于单位正电荷由A移到B点时静电力所做的功WAB，若静电力对单位正电荷做正功，UAB为正值；若静电力对单位正电荷做负功，则UAB为负值.2.电势差和电势的区别与联系是什么？电势电势差UABAB区别(1)(电场中某点的)电势与零电势点的选取有关(一般取无限远处或地球表面的电势为零电势)(2)电势由电场本身决定，反映电场的能的性质(3)相对量(4)标量，可正可负，正负号相对零电势面而言(1)(电场中两点间的)电势差与零电势点的选取无关(2)电势差由电场和这两点间的位置决定(3)绝对量(4)标量，可正可负，正负号反映了A、B的高低联系(1)电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差(2)电势与电势差的单位相同，皆为伏特(V)一、电势差概念的理解【例1】 下列说法正确的是()AA、B两点的电势差，等于将正电荷从A点移到B点时静电力所做的功B电势差是一个标量，但是有正值或负值之分C由于静电力做功跟移动电荷的路径无关，所以电势差也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关DA、B两点的电势差是恒定的，不随零电势面的不同而改变，所以UABUBA答案BC二、电势差公式的应用【例2】 有一个带电荷量q3106 C的点电荷，从某电场中的A点移到B点，电荷克服静电力做6104 J的功，从B点移到C点，静电力对电荷做9104 J的功，求A、C两点的电势差并说明A、C两点哪点的电势较高答案100 VC点的电势较高1.对UAB1 V的正确理解是()A从A到B移动q C的正电荷，静电力做功1 JB从A到B移动1 C的正电荷，静电力做功1 JC从B到A移动1 C的正电荷，静电力做功1 JD从A到B移动1 C的正电荷，静电力做功1 J答案B2一个带正电荷的质点，电荷量q2.0109 C，在静电场中由a点移到b点，在这过程中，除静电力做功外，其他力做功为6.0105 J，质点的动能增加了8.0105 J，则ab两点间电势差Uab为()A3.0104 VB1.0104 VC4.0104 V D7.0104 V答案B解析根据动能定理WEk，其中可认为有两个力做功，静电力和其他力，即：W其它W电Ek，其中W电qU，代入数据即得B选项正确3电荷量为3108 C的试探电荷从电场中的A点移到B点时，它的电势能减少了6107 J，则在这个过程中，静电力对试探电荷做了_ J的_功(填“正”或“负”)，A、B两点之间的电势差为_ V.答案6107正20解析由WABEp知：WAB6107 J，静电力做正功由WABUABq知：UAB20 V4如图152所示，图152A、B两点间电势差UAB为20 V，电荷量q2109 C，按图中路径由A点移动至B点，静电力做的功是多少？答案4108 J电场中电场强度、电势、电势差、等势面之间的关系 如图1所示，实线为电场线，虚线为等势线，且ABBC，电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为A、B、C，AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC，则下列关系中正确的是()图1AABCBECEBEACUABUBC(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UABE1；UBCE2，故UABUBC.(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EU/d就越大.1.下列公式适用于任何电场的是()AWqUBUEdCEDEk答案AC2如图169所示是一个匀强电场的等势面，图169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，E100 V/mB水平向左，E100 V/mC水平向左，E200 V/mD水平向右，E200 V/m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E100 V/m.3如图1610中图1610a、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a、b、c和Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点的电势和电场强度，可以断定()Aabc BEaEbEcCabbc DEaEbEc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如图1611所示图1611的匀强电场中有a、b、c三点，5 cm，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q4108 C的正电荷从a移到b，静电力做功为W11.2107 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两点间的电势差答案(1)60 V/m(2)1.44107 J(3)6.6 V解析(1)设a、b间距离为d，由题设条件有W1qUabqEd，所以E V/m60 V/m.(2)W2qEcos 60410860121020.5 J1.44107 J(3)电荷从a移到c静电力做功：WW1W2，又WqUac，所以Uac V6.6 V 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，a30、c90.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) V、(2) 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) V、(2 ) VB0 V、4 VC(2) V、(2) V D0 V、 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，UONUOP=2，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R10 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Q5104 C的电荷当把一个质量为m3 g，电荷量为q21010 C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arctan9103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1106 C的正电荷从D点移到C点静电力所做的功为W，则()AW8106 J，E8 V/mBW6106 J，E6 V/mCW8106 J，E8 V/mDW6106 J，E6 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WqUDC8106 J；由图及各点电势可知，电场线不平行于AB，根据E，其中d为沿着电场线方向的距离，所以电场强度E8 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()A4 V B8 VC12 V D24 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.在匀强电场中，电势差和电场强度存在E，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. 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答案C2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答案C3下图中，A、B、C是匀强电场中的三个点，各点电势A10 V、B2 V、C6 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()答案D4如图4所示，匀强电场场强E100 V/m，A、B两点相距10 cm，A、B连线与电场线夹角为60，则UBA之值为()图4A10 VB10 VC5 VD5 V答案C5如图5所示，图5A、B、C三点都在匀强电场中，已知ACBC，ABC60，BC20 cm，把一个电荷量q105 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1.73103 J，则该匀强电场的场强大小和方向为()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，垂直AB斜向下答案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UBC V173 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 V/m1 000 V/m6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，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()AUOAErBUOAErsin CUOAErcos DUOA答案C解析OA之间沿电场线方向的距离是drcos ，根据UEdErcos ，选项C正确7如图7所示，图7在电场强度E2103 V/m的匀强电场中有三点A、M和B，AM4 cm，MB3 cm，AB5 cm，且MA边平行于电场线，把一电荷量q2109 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()A0.16106 J B0.12106 JC0.16106 J D0.12106 J答案C二、计算论述题8如图8所示，图8MN板间匀强电场E2.4104 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60，A点和M板相距2 cm.(1)此时UBA等于多少？(2)一点电荷Q5108 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？答案(1)1 200 V(2)6105 J480 V1 680 V解析(1)在匀强电场中等势面与电场线垂直，且A大于B，所以UBABA为负值又因为在匀强电场中E，则UABEdAB.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，dABxABsin 30xAB5 cm0.05 m，UAB2.41040.05 V1 200 V，则UBA1 200 V.(2)正电荷在电势高处电势能大，电势能差为：EpEpAEpBqUAB5108 C1 200 V6105 J若M板接地，M板电势为0，A点电势比零低，UMAMAEdMA480 V，则A480 V，B480 V1 200 V1 680 V.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