2024-2025学年高一物理粤教版（2019）必修第三册 1.5 电势差及其与电场强度的关系 课件 (共20张PPT)

(共20张PPT)
第一章 静电场的描述
第5节 电势差及其与电场强度的关系
场强从电场对电荷有作用力的角度来描述电场，电势则从电场力对在电场中移动的电荷做功的角度来描述电场.既然描述的是同一电场，那么场强与电势、电势差有什么联系呢？
01 电势差
+
F
E
A
B
在电场中两点间
？
？
？
0
1.定义：我们将电场中两点电势之间的差值叫做电势差。
UAB= A－ B
UBA= B－ A
UAB=－UBA
2.单位：伏特 V
3.电势差也叫电压
4.电势差是标量，但有正负
UAB= A－ B
UAB＞0
UAB＜0
A＞ B
A＜ B
（1）描述电势差时，必须指明是哪两点的电势差。如UAB或UBA。
（2）电势差与零电势点的选取无关。
（3）电场中两点间的电势差，由电场本身的性质及初、末位置决定。
（4）电势差的正负不表示方向，表示电场中两点电势的相对高低。
5.对电势差的理解
（5）推论：
讨论与交流：当电量为+q的电荷从点A移至点B时，电场力做功为WAB，而A、B两点的电势差为UAB如何借助电势能作为“桥梁”，找出电场力做功WAB与电势差UAB之间的关系呢？
A
B
F
E
WAB=－ Ep
＝EpA－EpB
＝q A－q B
＝q( A－ B)
＝qUAB
6.静电力做功与电势差的关系
适用于恒力和变力做功
电场中A、B两点间的电势差等于电场力做的功与电荷量q的比值
思考：某同学认为A、B两点间电势差由WAB和q的数值决定，你认为他的想法正确吗？请说明理由。
A
B
F
E
q 2q 3q 、、 nq
W0 2W0 3W0 、、 nW0
电势差的大小与试探电荷无关，电势差由场源电荷和两点的位置决定。
讨论与交流：如图所示是一匀强电场的电场线和等势面，匀强电场的场强大小为E，A、B两点在同一条电场线上，但在两个不同的等势面上，它们之间的距离为d，电势差为U，如何借助电场力所做的功W作为“桥梁”，找出电势差 U 与场强 E 的关系呢？
从力的角度得电场力所做的功W= Fd = qEd ，
从能的角度得电场力所做的功W=qU，
则A、B两点电势差U与场强大小E的关系U= Ed 。
E
d
q
A
B
匀强电场中两点间的电势差等于场强与这两点间沿电场方向的距离的乘积。
思考：上面讨论中A、B两点位于同一条电场线上。如果他们不在一条电场线上，还能得出以上结论吗？请尝试进行论证。
E
l
B
q
A
d
d 为沿场强方向的距离，不是两点间距离。
）θ
W= qUAB
W=qELcosθ=qEd
UAB =Ed
3.电场强度的单位：伏每米（V/m） 1V/m=1N/C
或
2.公式：
1. 在匀强电场中电场强度大小等于两点间电势差与两点沿电场强度方向距离的比值。
02 电势差与电场强度的关系
区别 公式 物理含义 适用范围 说明
E=
E=k
E=
电场强度三个表达式的比较
电场强度大小的定义式
真空中点电荷场强的决定式
匀强电场中场强的决定式
一切电场
真空中，场源电荷Q是点电荷
匀强电场
q为试探电荷的电荷量
Q为场源电荷的电荷量
d为沿电场方向的距离
例题：在如图所示的匀强电场中(未画场强方向)有 A、B、C 三点，dAB =4cm，dBC=6cm，其中 AB 与电场线平行，BC 和电场线成37°角。一个电量为 q=－4×10－8C 的电荷从点 A 移动到点 B，电场力做功为WAB=8×10－6 J，已知 cos37°=0.8。
(1)求场强的大小和方向。若根据W=Fl和，可得场强的大小E=5×10 N/C，这与解得的结果有矛盾吗
(2)若取点B的电势为零，则点 C 的电势为多大
请解释电势和电势差的区别。
解：(1)场强的大小
分析可知负电荷所受的电场力的方向向右，
所以场强的方向向左E=5×103N/C与E=5×103V/m 没有矛盾，
V/m 和 N/C 都是场强的单位，物理本质相同，
只不过 V/m 由电势差的定义推导得到，N/C由场强的定义推导得到。
(2)BC两点间的电势差
由于场强的方向向左，而UBC=φB－φC＝0－φC=－240 V，
可得φC =240V。
要确定电场中某点的电势，需要规定电势的零点，而电势差是指电场中两点电势的差值，既与电荷无关，也与电势零点的选取无关。
1.关于电势差的描述，正确的是（　　）
A．电势差与电势一样，是相对量，与零电势点的选取有关
B．电势差是标量，没有正值和负值之分
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
D．A、B两点的电势差是恒定的，不随零电势点的改变而改变，所以UAB=UBA
C
2.图示中A、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=1×10-5 C的正电荷从A点移到B点，静电力做的功为零；从B点移到C点，静电力做的功为-1.73×10-3 J，则该匀强电场的电场强度大小和方向分别是(　　)
A. 865 V/m，垂直AC向左
B. 865 V/m，垂直AC向右
C. 1000 V/m，垂直AB斜向上
D. 1000 V/m，垂直AB斜向下
D
3.在某电场中，已知A、B两点之间的电势差UAB为20V，q为-2×10-9C的电荷由A点移动到B点，静电力做的功是多少 电势能是增加还是减少，增加或者减少多少
解：根据静电力做功与电势差的关系式
WAB=qUAB
=（-2×10-9）×20J
=-4×10-8J
静电力做负功，电势能增加
,增加了4×10-8J
4.如图所示，在匀强电场中，电荷量q＝5.0×10－10 C的正电荷，由a点移到b点和由a点移到c点电场力做功都是3.0×10－8 J，已知a、b、c三点的连线组成直角三角形，ab＝20 cm，∠a＝37°，∠c＝90°，求：
(1)a、b两点的电势差Uab；
(2)匀强电场的场强大小和方向。
答案：（1）Uab=60V
（2）E=375V/m场强方向平行于ac，垂直指向bc边向右。
一、电势差
1.定义：在电场中，两点之间电势的差值叫做电势差，也叫电压。
2.单位：伏特（V）
3.电势差是标量，它的正负表示：两点电势的高低。
4.静电力做功与电势差的关系：U=
二、电势差与电场强度的关系
1.在匀强电场中电场强度大小等于两点间电势差与两点沿电场强度方向距离的比值。
2.U=Ed或E=（只适用于匀强电场，对于非匀强电场，可做定性判断）
3.单位：伏每米（V/m） 1V/m=1N/C