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1、研究电场的能的性质(二)一、电势1把电荷在电场中某一点的电势能与其电荷量的比值，叫做这一点的电势2定义式：M.单位：V.3电势的相对性：电势也具有相对性，常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零4电场中任意两点A、B间的电势差可表示为UABAB.若UAB为正值，表示A点的电势比B点的电势高若UAB为负值，表示A点的电势比B点的电势低二、电势的等势面1电场中电势相等的点构成的线(面)叫做等势线(面)在同一个等势线(面)上移动电荷时，电场力不做功2等势面实例：孤立的点电荷电场的等势面是一簇以点电荷位置为球心的同心球面，匀强电场的等势面是一簇平行平面三、电势差与电场强度的关系1在匀强电场中，沿场强方向
2、的两点间的电势差等于场强与这两点间距离的乘积用公式表示为E.2电场强度的单位是V/m，也可以是N/C.一、电势问题设计1如图1所示的匀强电场，场强为E，取O点为零势能点，A点距O点为l，AO连线与电场强度反方向的夹角为.电荷量分别为q和2q的试探电荷在A点的电势能各为多少？电势能与电荷量的比值是否相同？图1答案由EpAEpOWAOEqlcos ，知电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos 、2Eqlcos ；虽然电势能不同，但电势能与电荷量的比值相同，都为Elcos .2电势能与电荷量的比值与试探电荷的电荷量是否有关系？答案没有关系3电场中两点间的电势差与两点的电势之间有怎样
3、的关系？UAB与UBA意义是否相同？答案A、B两点间的电势差与A、B两点的电势的关系为：UABAB同理UBABA所以UABUBA.UAB与UBA所表示的意义不相同要点提炼1电场中某点的电势，在计算时应代入各自的正负号2电势的标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负之分，电势为正表示比零电势高，电势为负表示比零电势低3电势的相对性：零电势点的选取原则：一般选大地或无限远处为零电势点，只有选取了零电势点才能确定某点的电势大小4电势是描述电场性质的物理量，决定于电场本身，与试探电荷无关5判断电势高低的方法：(1)利用电场线：沿着电场线方向电势逐渐降低(此为主要方法)；(2)利用公式判断，即在
4、正电荷的电势能越大处，电势越高，负电荷电势能越大处，电势越低延伸思考选取不同的零电势参考面，电场中某两点的电势会不同，两点之间的电势差也会随之改变吗？答案不会，电势差与零电势面的选取无关二、等势面要点提炼1电场中电势相同的各点构成的面叫等势面2等势面的特点：(1)在等势面上移动电荷时，电场力不做功(2)电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面(3)等势面密的地方，电场强度较强；等势面疏的地方，电场强度较弱(4)任意等势面不相交延伸思考请大致画出点电荷、等量异号点电荷、等量同号点电荷和匀强电场的等势面简述它们的特点？答案(1)点电荷的等势面：点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇
5、球面(2)等量异号点电荷的等势面：等量异号点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一等势线(3)等量同号点电荷的等势面：等量正点电荷连线的中点电势最低，中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低连线上和中垂线上关于中点的对称点等势等量负点电荷连线的中点电势最高，中垂线上该点的电势最低从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高，连线上和中垂线上关于中点的对称点等势(4)匀强电场的等势面：匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面说明：等势面密集处电场线也密集任意两个等势面不会相交三、电势差与电场强度的关系问题设计如图2所示的匀强电场中有A、B两点，A、B两点位于同
6、一条电场线上，B、C连线垂直电场线，已知场强大小为E，A、B两点间的电势差为UAB，A、B间距离为d，电荷q从A点移动到B点，回答下列问题：图2(1)电荷所受电场力是多少？从力和位移的角度计算电场力所做功的大小通过A、B间的电势差计算电场力做功的大小(2)比较两次计算的功的大小，电势差与电场强度有何关系？(3)在图2中，如果将电荷从A点移动到C点再利用(1)问的推导过程试着推导，能获得何结论？(已知AB与AC的夹角为)答案(1)FqEWABFdqEdWABqUAB(2)UABEd(3)WACqELcos qEd，WACqUAC，UACEd要点提炼1公式UEd只适用于匀强电场，其中d为A、B两点
7、沿电场方向的距离2电场中A、B两点的电势差UAB跟电荷移动的路径无关，由电场强度E及A、B两点沿电场方向的距离d决定3公式E说明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，且场强方向就是电势降低最快的方向4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的两点间电势差相等；在匀强电场中，相互平行且长度相等的线段两端点的电势差相等延伸思考公式UEd是在匀强电场中得到的，在非匀强电场中能否适用？答案在非匀强电场中，不能进行定量计算，但可以定性地分析有关问题一、对电场力做功与电势能、电势、电势差关系例1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，
8、电荷克服电场力做6104 J的功，从B点移到C点，电场力对电荷做9104 J的功，问：(1)AB、BC、CA间电势差各为多少？(2)如以B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少？电荷在A、C两点的电势能各为多少？解析(1)解法一：先求电势差的绝对值，再判断正、负|UAB| V200 V，因负电荷从A移到B克服电场力做功，必是从高电势点移到低电势点，即AB，UAB200 V.|UBC| V300 V，因负电荷从B移到C电场力做正功，必是从低电势点移到高电势点，即BC，UBC300 V.UCAUCBUBAUBC(UAB)300 V200 V100 V.解法二：直接取代数值求电荷由A移向B克服电场力
9、做功，即电场力做负功，WAB6104 J，UAB V200 V.电荷从B到C电场力做正功，UBC V300 V.UCAUCBUBAUBC(UAB)300 V200 V100 V.(2)若B0，由UABAB，得AUAB200 V.由UBCBC，得CBUBC0(300) V300 V.电荷在A点的电势能EpAqA3106200 J6104 J.电荷在C点的电势能EpCqC3106300 J9104 J.答案见解析二、对电势和电势差的理解例2如图3所示，某电场的等势面用实线表示，各等势面的电势分别为10 V、6 V和2 V，则UAB_，UBC_，UCA_.图3解析由电势差的定义可知：因A、B两点在同
10、一个等势面上，故有AB10 V，C2 V，所以UABAB(1010)V0.B、C间的电势差为UBCBC10(2) V12 V.C、A间的电势差为UCACB(210) V12 V.答案012 V12 V三、对电势差与电场强度关系的理解例3如图4所示，P、Q两金属板间的电势差为50 V，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d10 cm，其中Q板接地，两板间的A点距P板4 cm.求：图4(1)P板及A点的电势(2)保持两板间的电势差不变，而将Q板向左平移5 cm，则A点的电势将变为多少？解析板间场强方向水平向左，可见Q板是电势最高处Q板接地，则电势Q0，板间各点电势均为负值利用公式E可求出板间
11、匀强电场的场强，再由UEd可求出各点与Q板间的电势差，即各点的电势(1)场强E Vm15102 Vm1Q、A间电势差UQAEd5102(104)102 V30 V所以A点电势A30 V，P点电势PUPQ50 V(2)当Q板向左平移5 cm时，两板间距离d(105) cm5 cmQ板与A点间距离变为d(104) cm5 cm1 cm电场强度E Vm11.0103 Vm1Q、A间电势差UQAEd1.01031.0102 V10 V所以A点电势A10 V答案(1)50 V30 V(2)10 V1(对电势差与电场强度的理解)对公式E的理解，下列说法正确的是()A此公式适用于计算任何电场中A、B两点间的
12、电势差BA点和B点间距离越大，则这两点的电势差越大C公式中的d是指A点和B点之间的距离D公式中的d是A、B所在两个等势面间的垂直距离答案D解析公式E，仅适用于匀强电场，所以A错；公式中的d是指A、B两点沿电场线方向的距离，即A、B所在两等势面间的垂直距离所以B、C均错，D对2(对电势和电势差的理解)在电场中A、B两点间的电势差UAB75 V，B、C两点间的电势差UBC200 V，则A、B、C三点的电势高低关系为()AABC BACBCCAB DCBA解析UAB75 V，AB75 V，AB75 V；UBC200 V，BC200 V，CB200 V；CAB.答案C3(对等势面的理解)位于A、B处的
13、两个带有不等量负电的点电荷在平面内的电势分布如图5所示，图中实线表示等势线，则()图5Aa点和b点的电场强度相同B正电荷从c点移到d点，电场力做正功C负电荷从a点移到c点，电场力做正功D正电荷从e点沿图中虚线移到f点，电势能先减小后增大答案CD解析等差等势面越密的地方，电场线越密，电场线的疏密表示电场的强弱；正电荷从c点移到d点，电场力做负功；负电荷从a点移到c点，电场力做正功；正电荷从e点沿图中虚线移到f点，电场力先做正功，后做负功，故电势能先减小后增大题组一对电势和电势差的理解1关于电势差UAB和电势A、B的理解，正确的是()AUAB表示B点与A点之间的电势差，即UABBABUAB和UBA是不同的，它们有关系：UABUBACA、B都有正负，所以电势是矢量D零电势点的规定虽然是任意的，但人们常常规定大地和无限远处为零电势点答案BD2下列关于电场的描述，正确的是()A电场中某点电势的大小、正负与零电势点的选取有关B电场中某两点间的电势差与零电势点的选取有关C同一点电荷处于电场中的不同位置时，具有的电势能越大，说明那一点的电势越高D同一点电荷在电场中任意两点间移动时，只要电场力做的功相同，那么两点间的电势差一定相同答案AD解析电场中某两点间的电势差与零电势点的选取无关；对负电荷而言，它在电场中具有的电势能越大，说明该点电势越低，故B、C错，A、D对3.如图1所示，
