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21张PPT）

(共21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
电场力（F=Eq）
电势能的变化
WAB=UABq
电场强度（E）
移动电荷q做功

电势差（UAB）
描述电场的性质
力的性质
能的性质
电势差U和E存在怎样的关系？
知识点一：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。
选择不同的位置作为零电势点，电场中某点电势的数值会改变，但电场中某两点之间电势的差值却保持不变。
A
B
C
D
0V
1V
2V
3V
E
0V
1V
2V
-1V
与高度差相似
+
F
E
A
B
在电场中两点间
？
？
？
0
显然
设电场中A点的电势为φA，B点的电势为φB。
UAB=φA-φB
UBA=φB-φA
UAB=-UBA
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
UAB＞0
UAB＜0
A＞ B
A＜ B
4.电场力做功与电势差的关系
A
B
F
E
电荷q从电场中A点移到B点，静电力做的功WAB等于电荷在A、B两点的电势能之差。
WAB=－ Ep
＝EpA－EpB
＝q A－q B
＝q( A－ B)
＝qUAB
UAB=
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。
场强和电势差都是描述电场的物理量，那么电势差与场强之间存在着什么联系呢？
知识点二：电势差与电场强度的关系
匀强电场的电场强度为E，电荷q从A点移动到B点。AB间距离为d。
从能量的角度：
W= qUAB ①
从力的角度：
W= Fd = qEd ②
静电力F=qE
由①②两式得: UAB = 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。
A
B
α
+
从力的角度：
从能的角度：
由上两式得：
如果他们不在一条电场线上，还能得出以上结论吗？
知识点一：电势差与电场强度的关系
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。
（2）电场强度E的方向是电势降低最快的方向。
（1）由表明，在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差。
4.说明：
E
A
N
P
M
电势差 电场强度E
定义式
大小
方向
联系
数值上等于单位正电荷从一点移到另一点时，电场力所做的功
数值上等于单位正电荷受到的电场力
标量、无方向
矢量，规定正电荷在该点所受电场力的方向为正方向
沿电场线方向电势逐渐降低，电势逐渐降低最快的方向是电场线的方向。
5.电势差与电场强度的区别与联系
区别 公式 物理含义 适用范围 说明
E=
E=k
E=
6.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.(多选)下列关于电势差UAB和电势φA、φB的说法,正确的是( )
A. UAB表示B点相对于A点的电势差,即UAB=φB-φA
B.UAB和UBA是不同的,它们之间的关系是UAB=-UBA
C.电势φA、φB都可能有正负,所以电势是矢量
D.电场中某点的电势是相对的,但两点间的电势差是绝对的
BD
2.关于匀强电场中的电场强度和电势差的关系，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．沿电场线方向上，相同距离上电势降落一定相等
C．电势降落的方向一定是电场强度的方向
D．电势降落最快的方向不一定是电场强度的方向
B
3.雷电是雷雨云层积累的强大电荷区出现的高压电场放电现象。若已知空气被一万伏特高压击穿的间距为1cm，试估算空气在击穿瞬间产生的电场强度至少应为（　　）
A．1.0×106V/m B．2.0×106V/m
C．1.0×109V/m D．2.0×109V/m
A
4.如图所示,匀强电场的电场强度E=1.2×102 V/m,方向水平向右。一点电荷q=4×10-8C沿半径R=20 cm的圆周从A点移动到B点(已知∠AOB=90°)。则在此过程中静电力所做的功WAB及A、B两点间的电势差UAB分别为( )
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.如图所示,两平行金属板A、B间有一匀强电场,A、B相距6 cm,C、D为电场中的两点(其中C点在金属板A上),且LCD=4 cm,CD连线和电场强度的方向成60°角。已知将一电子从D点移到C点电场力做功为3.2×10-17 J,电子电荷量e=1.6×10-19 C。
(1)求匀强电场的电场强度大小。
(2)求A、B两板间的电势差。
(3)若A板接地,D点电势为多少
解析 (1)D→C电场力做正功,W=eELCDcos 60°
解得匀强电场的电场强度大小E=1×104 N/C。
(2)由题知,电子受到的电场力方向向上,电子带负电,则电场强度方向为A→B。
A、B间电势差UAB=EdAB=1×104×6×10-2 V=600 V。
(3)A、D间电势差
UAD=EdAD=ELCDcos 60°=1×104×4×10-2×0.5 V=200 V
根据电势差的定义知UAD=φA-φD=200 V,φA=0
解得φD=-200 V。