資源簡介

(共21張PPT)
第一章 靜電場的描述
第5節 電勢差及其與電場強度的關系
電場力（F=Eq）
電勢能的變化
WAB=UABq
電場強度（E）
移動電荷q做功

電勢差（UAB）
描述電場的性質
力的性質
能的性質
電勢差U和E存在怎樣的關系？
知識點一：電勢差
1.定義：在電場中，兩點之間電勢的差值叫做電勢差，也叫電壓。
選擇不同的位置作為零電勢點，電場中某點電勢的數值會改變，但電場中某兩點之間電勢的差值卻保持不變。
A
B
C
D
0V
1V
2V
3V
E
0V
1V
2V
-1V
與高度差相似
+
F
E
A
B
在電場中兩點間
？
？
？
0
顯然
設電場中A點的電勢為φA，B點的電勢為φB。
UAB=φA-φB
UBA=φB-φA
UAB=-UBA
2.單位：伏特（V）
3.電勢差是標量，它的正負表示：
兩點電勢的高低
UAB＞0
UAB＜0
A＞ B
A＜ B
4.電場力做功與電勢差的關系
A
B
F
E
電荷q從電場中A點移到B點，靜電力做的功WAB等于電荷在A、B兩點的電勢能之差。
WAB=－ Ep
＝EpA－EpB
＝q A－q B
＝q( A－ B)
＝qUAB
UAB=
適用于恒力和變力做功
電場中A、B兩點間的電勢差等于電場力做的功與電荷量q的比值
思考：某同學認為A、B兩點間電勢差由WAB和q的數值決定，你認為他的想法正確嗎？請說明理由。
A
B
F
E
q 2q 3q 、、 nq
W0 2W0 3W0 、、 nW0
電勢差的大小與試探電荷無關，電勢差由場源電荷和兩點的位置決定。
場強和電勢差都是描述電場的物理量，那么電勢差與場強之間存在著什么聯系呢？
知識點二：電勢差與電場強度的關系
勻強電場的電場強度為E，電荷q從A點移動到B點。AB間距離為d。
從能量的角度：
W= qUAB ①
從力的角度：
W= Fd = qEd ②
靜電力F=qE
由①②兩式得: UAB = Ed　
E
d
q
A
B
勻強電場中兩點間的電勢差等于場強與這兩點間沿電場方向的距離的乘積。
A
B
α
+
從力的角度：
從能的角度：
由上兩式得：
如果他們不在一條電場線上，還能得出以上結論嗎？
知識點一：電勢差與電場強度的關系
3.電場強度的單位：伏每米（V/m） 1V/m=1N/C
或
2.公式：
1. 在勻強電場中電場強度大小等于兩點間電勢差與兩點沿電場強度方向距離的比值。
（2）電場強度E的方向是電勢降低最快的方向。
（1）由表明，在勻強電場中，場強在數值上等于沿場強方向每單位距離上的電勢差。
4.說明：
E
A
N
P
M
電勢差 電場強度E
定義式
大小
方向
聯系
數值上等于單位正電荷從一點移到另一點時，電場力所做的功
數值上等于單位正電荷受到的電場力
標量、無方向
矢量，規定正電荷在該點所受電場力的方向為正方向
沿電場線方向電勢逐漸降低，電勢逐漸降低最快的方向是電場線的方向。
5.電勢差與電場強度的區別與聯系
區別 公式 物理含義 適用范圍 說明
E=
E=k
E=
6.電場強度三個表達式的比較
電場強度大小的定義式
真空中點電荷場強的決定式
勻強電場中場強的決定式
一切電場
真空中，場源電荷Q是點電荷
勻強電場
q為試探電荷的電荷量
Q為場源電荷的電荷量
d為沿電場方向的距離
例題：在如圖所示的勻強電場中(未畫場強方向)有 A、B、C 三點，dAB =4cm，dBC=6cm，其中 AB 與電場線平行，BC 和電場線成37°角。一個電量為 q=－4×10－8C 的電荷從點 A 移動到點 B，電場力做功為WAB=8×10－6 J，已知 cos37°=0.8。
(1)求場強的大小和方向。若根據W=Fl和，可得場強的大小E=5×10 N/C，這與解得的結果有矛盾嗎
(2)若取點B的電勢為零，則點 C 的電勢為多大
請解釋電勢和電勢差的區別。
解：(1)場強的大小
分析可知負電荷所受的電場力的方向向右，
所以場強的方向向左E=5×103N/C與E=5×103V/m 沒有矛盾，
V/m 和 N/C 都是場強的單位，物理本質相同，
只不過 V/m 由電勢差的定義推導得到，N/C由場強的定義推導得到。
(2)BC兩點間的電勢差
由于場強的方向向左，而UBC=φB－φC＝0－φC=－240 V，
可得φC =240V。
要確定電場中某點的電勢，需要規定電勢的零點，而電勢差是指電場中兩點電勢的差值，既與電荷無關，也與電勢零點的選取無關。
1.(多選)下列關于電勢差UAB和電勢φA、φB的說法,正確的是( )
A. UAB表示B點相對于A點的電勢差,即UAB=φB-φA
B.UAB和UBA是不同的,它們之間的關系是UAB=-UBA
C.電勢φA、φB都可能有正負,所以電勢是矢量
D.電場中某點的電勢是相對的,但兩點間的電勢差是絕對的
BD
2.關于勻強電場中的電場強度和電勢差的關系，下列說法正確的是（　　）
A．任意兩點間的電勢差等于場強和這兩點間距離的乘積
B．沿電場線方向上，相同距離上電勢降落一定相等
C．電勢降落的方向一定是電場強度的方向
D．電勢降落最快的方向不一定是電場強度的方向
B
3.雷電是雷雨云層積累的強大電荷區出現的高壓電場放電現象。若已知空氣被一萬伏特高壓擊穿的間距為1cm，試估算空氣在擊穿瞬間產生的電場強度至少應為（　　）
A．1.0×106V/m B．2.0×106V/m
C．1.0×109V/m D．2.0×109V/m
A
4.如圖所示,勻強電場的電場強度E=1.2×102 V/m,方向水平向右。一點電荷q=4×10-8C沿半徑R=20 cm的圓周從A點移動到B點(已知∠AOB=90°)。則在此過程中靜電力所做的功WAB及A、B兩點間的電勢差UAB分別為( )
A.9.6 ×10-6 J 2.4 V
B.9.6 ×10-6 J -2.4 V
C.-9.6 ×10-7 J 24 V
D.-9.6 ×10-7 J -24 V
D
5.如圖所示,兩平行金屬板A、B間有一勻強電場,A、B相距6 cm,C、D為電場中的兩點(其中C點在金屬板A上),且LCD=4 cm,CD連線和電場強度的方向成60°角。已知將一電子從D點移到C點電場力做功為3.2×10-17 J,電子電荷量e=1.6×10-19 C。
(1)求勻強電場的電場強度大小。
(2)求A、B兩板間的電勢差。
(3)若A板接地,D點電勢為多少
解析 (1)D→C電場力做正功,W=eELCDcos 60°
解得勻強電場的電場強度大小E=1×104 N/C。
(2)由題知,電子受到的電場力方向向上,電子帶負電,則電場強度方向為A→B。
A、B間電勢差UAB=EdAB=1×104×6×10-2 V=600 V。
(3)A、D間電勢差
UAD=EdAD=ELCDcos 60°=1×104×4×10-2×0.5 V=200 V
根據電勢差的定義知UAD=φA-φD=200 V,φA=0
解得φD=-200 V。

展開更多......

收起↑