10.3 电势差与电场强度的关系（分层作业）-【教学无忧】2025-2026学年高二物理同步精品备课（人教版2019必修第三册）

10.3 电势差与电场强度的关系 知识点1 匀强电场中电势差与电场强度的关系 1．匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积，即UAB＝Ed，如果匀强电场中两点连线不沿电场方向，d的取值应为在电场方向的投影距离。 2．公式：E＝。 (1)在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向的距离之比。 (2)电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势。 (3)电场强度单位的换算：1_V/m＝1 N/C。 电势差的三种求解方法 1．应用定义式UAB＝φA－φB来求解。 2．应用关系式UAB＝来求解。 3．应用关系式UAB＝Ed(匀强电场)来求解。UAB＝Ed阐述的是一个矢量的大小与另一个标量间的关系，所以不带符号计算，结果的正负根据题意另行判断。 知识点2 利用公式E＝定性分析非匀强电场 UAB＝Ed只适用于匀强电场的定量计算，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。 考向1 匀强电场中电势差与电场强度的关系 1.(2023·云南省文山市第一中学高二期末)如图所示，A、B、C是匀强电场中一直角三角形的三个顶点，其中∠C＝30°，AB方向与电场方向平行，AC边长0.8 m。已知A、C两点的电势φA＝9 V，φC＝3 V，下列说法正确的是(　　) A．匀强电场的电场强度大小为7.5 V/m B．匀强电场的电场强度大小为15 V/m C．匀强电场的电场强度大小为5 V/m D．B点比C点电势低 　2.(2024·眉山市高二期中)如图所示，匀强电场电场强度大小E＝100 V/m，A、B两点相距10 cm, A、B连线与电场线夹角为60°，则UBA为(　　) A．5 V B．5 V C．－5 V D．－5 V 3.(2024·天津市五校高二期中)如图所示，匀强电场中A、B、C三点构成一个直角三角形，其中∠A＝30°，边长AC＝16 cm。将电荷量q＝－6×10－6 C的点电荷由A点移到B点，静电力做功2.4×10－5 J，再由B点移到C点，该点电荷克服静电力做功2.4×10－5 J，取B点的电势为零，求： (1)A、C两点的电势； (2)匀强电场的电场强度。 考向2 利用公式E＝定性分析非匀强电场 4．产生闪电的积雨云底层带负电，为避免闪电造成损害，高大的建筑物都装有避雷针。图中虚线为避雷针周围的等势线，、两点的场强大小分别为、，电势分别为、，下列正确的是（　　） A． B． C．避雷针的顶端带负电 D．一带负电的雨滴从下落至的过程中，电势能减少 5．煤气灶打火装置的原理是尖端放电，打火时放电端与灶体间的电场线如图所示，其中a、b、c为同一直线电场线上的三点，cd垂直电场线abc，已知。下列说法正确的是（    ） A．放电端O接电源的负极 B．d点和c点的电势一样高 C．a点的电场强度比d点的电场强度小 D．ab间的电势差等于bc间的电势差 6．如图所示为电子束焊接机，K为阴极，A为阳极，两极之间的距离为d，在两极之间加上高电压U，两极之间形成了辐向分布的电场，图中带箭头的虚线代表电场线，B、C是电场中两点。有一电子在K极由静止被加速，不考虑电子重力，元电荷为e，则下列说法正确的是（　　） A．A、K之间的电场强度均为 B．B点电势大于C点电势 C．电子由K到A的电势能减少了eU D．电子在B点加速度大于C点加速度 7.(2024·陕西省西安市东方中学月考)如图所示，一条100 kV超高压输电线断裂并垂落地面，地面电场可等效为场源电荷所形成的电场。图中圆1、2、3、4的圆心均为垂落点O，圆半径之比r1∶r2∶r3∶r4＝1∶2∶3∶4，关于相邻两圆之间电势差的绝对值，以下关系正确的是(　　) A．U12＝U23＝U34 B．U12<U23<U34 C．U12>U23>U34 D．U23>U12>U34 【答案】　C 【详解】　地面电场可等效为场源电荷为正电荷所形成的电场，根据点电荷周围电场的特点可知，越靠近场源电荷，电场强度越大，由于相邻两圆间的距离相等，由公式U＝d可知U12>U23>U34，故选C。 8.(多选)如图所示，一个电场的电场线分布关于y轴对称，O、M、N是y轴上的三个点，且OM＝MN，P点在y轴的右侧，MP⊥ON，则(　　) A．M点的电势比P点的电势高 B．将负电荷由O点移动到P点，静电力做正功 C．M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差 D．在O点由静止释放一个不计重力的带正电的粒子，该粒子将沿y轴做直线运动 【答案】　AD 【详解】　分别过M、P点作等势线，可得过P点的等势线在过M点的等势线上方，因沿着电场线方向电势降低，则有φM>φP，A对；将负电荷由O点移到P点，由于UOP>0，则W＝qUOP<0，静电力做负功，B错；由U＝Ed定性分析可知，MN间的平均电场强度小于OM间的平均电场强度，故M、N两点间的电势差小于O、M两点间的电势差，C错；根据题意可知，y轴上的电场强度方向沿y轴向上，所以在O点由静止释放一不计重力的带正电的粒子，其所受静电力沿y轴正方向，则该粒子将沿y轴做直线运动，D对。 1．（2025·浙江·高考真题）三个点电荷的电场线和等势线如图所示，其中的d，e与e，f两点间的距离相等，则（　　） A．a点电势高于b点电势 B．a、c两点的电场强度相同 C．d、f间电势差为d、e间电势差的两倍 D．从a到b与从f到b，电场力对电子做功相等 2．（2024·北京·高考真题）如图所示，两个等量异种点电荷分别位于M、N两点，P、Q是MN连线上的两点，且。下列说法正确的是（　　） A．P点电场强度比Q点电场强度大 B．P点电势与Q点电势相等 C．若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P点电场强度大小也变为原来的2倍 D．若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P、Q两点间电势差不变 3．（2024·江西·高考真题）蜡烛火焰是一种含有电子、正离子、中性粒子的气体状物质, 将其置于电压恒定的两平行金属板间, 板间电场视为匀强电场, 如图所示. 若两金属板间距减小, 关于火焰中电子所受的电场力, 下列说法正确的是 （  ） A．电场力增大，方向向左 B．电场力增大，方向向右 C．电场力减小，方向向左 D．电场力减小，方向向右 4．（2007·宁夏·高考真题）匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点，AB的长度为1 m，D为AB的中点，如图所示．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，一电量为1×C的正电荷从D点移到C点电场力所做的功为W,则 A．W=8×J E＞8 V/m B．W=6×J E＞6 V/m C．W=8×J E≤8 V/m D．W=6×J E≤6 V/m 5．（2017·全国III卷·高考真题）一匀强电场的方向平行于平面，平面内a、b、c三点的位置如图所示，三点的电势分别为10V、17V、26V。下列说法正确的是（　　）    A．电场强度的大小为 B．坐标原点处的电势为 C．电子在a点的电势能比在b点的低 D．电子从b点运动到c点，电场力做功为 6．（2022·重庆·高考真题）如图为两点电荷Q、的电场等势面分布示意图，Q、位于x轴上，相邻等势面的电势差为。若x轴上的M点和N点位于等势面上，P为某等势面上一点，则（　　） A．N点的电场强度大小比M点的大 B．Q为正电荷 C．M点的电场方向沿x轴负方向 D．P点与M点的电势差为 7．（2021·海南·高考真题）如图，在匀强电场中有一虚线圆，和是圆的两条直径，其中与电场方向的夹角为，，与电场方向平行，a、b两点的电势差。则（　　） A．电场强度的大小 B．b点的电势比d点的低 C．将电子从c点移到d点，电场力做正功 D．电子在a点的电势能大于在c点的电势能 8．（2023·福建·高考真题）“场离子显微镜”的金属钨针尖处于球形真空玻璃泡的球心O，玻璃泡内壁有一层均匀导电膜：在钨针和导电膜间加上高电压后，玻璃泡上半部分的电场可视为位于O点处点电荷形成的电场，如图所示。a、b、c、d、O为同一平面上的5个点，abc是一段以O为圆心的圆弧，d为ob的中点。a、d两点场强大小分别为Ea、Ed，o、a、c、d四点电势分别为φo、φa、φc、φd，则φa φd；φa φc，(φo－φa) 2(φo－φd)。（填“大于”“等于”或“小于”） 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $$ 10.3 电势差与电场强度的关系 知识点1 匀强电场中电势差与电场强度的关系 1．匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积，即UAB＝Ed，如果匀强电场中两点连线不沿电场方向，d的取值应为在电场方向的投影距离。 2．公式：E＝。 (1)在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向的距离之比。 (2)电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势。 (3)电场强度单位的换算：1_V/m＝1 N/C。 电势差的三种求解方法 1．应用定义式UAB＝φA－φB来求解。 2．应用关系式UAB＝来求解。 3．应用关系式UAB＝Ed(匀强电场)来求解。UAB＝Ed阐述的是一个矢量的大小与另一个标量间的关系，所以不带符号计算，结果的正负根据题意另行判断。 知识点2 利用公式E＝定性分析非匀强电场 UAB＝Ed只适用于匀强电场的定量计算，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。 考向1 匀强电场中电势差与电场强度的关系 1.(2023·云南省文山市第一中学高二期末)如图所示，A、B、C是匀强电场中一直角三角形的三个顶点，其中∠C＝30°，AB方向与电场方向平行，AC边长0.8 m。已知A、C两点的电势φA＝9 V，φC＝3 V，下列说法正确的是(　　) A．匀强电场的电场强度大小为7.5 V/m B．匀强电场的电场强度大小为15 V/m C．匀强电场的电场强度大小为5 V/m D．B点比C点电势低 【答案】　B 【详解】　由题图可知，BC与电场线方向垂直，为等势线，则φB＝φC＝3 V，由几何知识可知dAB＝dACsin 30°＝0.8× m＝0.4 m，则匀强电场的电场强度大小为E＝＝ V/m＝15 V/m，故A、C、D错误，B正确。 　2.(2024·眉山市高二期中)如图所示，匀强电场电场强度大小E＝100 V/m，A、B两点相距10 cm, A、B连线与电场线夹角为60°，则UBA为(　　) A．5 V B．5 V C．－5 V D．－5 V 【答案】　C 【详解】　根据沿电场线方向电势降低可知B点电势低于A点电势，则UBA为负值，根据匀强电场中电势差与电场强度的关系可得UBA＝－EdABcos 60°＝－5 V，故选C。 3.(2024·天津市五校高二期中)如图所示，匀强电场中A、B、C三点构成一个直角三角形，其中∠A＝30°，边长AC＝16 cm。将电荷量q＝－6×10－6 C的点电荷由A点移到B点，静电力做功2.4×10－5 J，再由B点移到C点，该点电荷克服静电力做功2.4×10－5 J，取B点的电势为零，求： (1)A、C两点的电势； (2)匀强电场的电场强度。 【答案】　(1)－4 V　－4 V　(2) V/m，方向垂直AC斜向左上 【详解】　(1)将点电荷由A点移到B点，由匀强电场的电势差与静电力做功的关系式可得 UAB＝＝ V＝－4 V 由电势差定义可得UAB＝φA－φB 解得φA＝－4 V 将点电荷由B点移到C点，由匀强电场的电势差与静电力做功的关系式可得 UBC＝＝ V＝4 V 由电势差定义可得UBC＝φB－φC 解得φC＝－4 V (2)因φA＝φC，因此直线AC是匀强电场的一条等势线，由电场线与等势线垂直且由高电势指向低电势，如图所示，LBC＝LAC·sin 30°＝8 cm 可得电场强度大小E＝＝＝ V/m 方向垂直AC斜向左上。 考向2 利用公式E＝定性分析非匀强电场 4．产生闪电的积雨云底层带负电，为避免闪电造成损害，高大的建筑物都装有避雷针。图中虚线为避雷针周围的等势线，、两点的场强大小分别为、，电势分别为、，下列正确的是（　　） A． B． C．避雷针的顶端带负电 D．一带负电的雨滴从下落至的过程中，电势能减少 【答案】D 【详解】A．因积雨云带负电，故避雷针尖端感应出正电荷，电场线由正电荷出发终止与负电荷，电场线向上，沿电场线方向电势减小，则 A错误 B．等势线的疏密表示电场的强弱，则 B错误 C．．根据同性相吸引，则积雨云带负电，故避雷针尖端感应出正电荷，C错误 D．连线上的电场线方向向上，则带负电雨滴受电场力向下，向下运动电场力做正功，D正确 故选D。 5．煤气灶打火装置的原理是尖端放电，打火时放电端与灶体间的电场线如图所示，其中a、b、c为同一直线电场线上的三点，cd垂直电场线abc，已知。下列说法正确的是（    ） A．放电端O接电源的负极 B．d点和c点的电势一样高 C．a点的电场强度比d点的电场强度小 D．ab间的电势差等于bc间的电势差 【答案】A 【详解】A．由电场线的分布可知，放电端O应接电源的负极，A正确； B．等势线与电场线垂直，过c、d两点作出等势线，如图所示 电场线由高等势面指向低等势面，所以d点的电势比c点的电势高，B错误； C．又电场线的疏密程度反应电场强度的大小，电场线越密集，电场强度越大，所以a点的电场强度大于d点的电场强度，C错误； D．由电场线的分布情况可知，ab段的平均电场强度要大于bc段的电场强度，根据定性分析可得，ab间的电势差大于bc间的电势差，D错误。 故选A。 6．如图所示为电子束焊接机，K为阴极，A为阳极，两极之间的距离为d，在两极之间加上高电压U，两极之间形成了辐向分布的电场，图中带箭头的虚线代表电场线，B、C是电场中两点。有一电子在K极由静止被加速，不考虑电子重力，元电荷为e，则下列说法正确的是（　　） A．A、K之间的电场强度均为 B．B点电势大于C点电势 C．电子由K到A的电势能减少了eU D．电子在B点加速度大于C点加速度 【答案】C 【详解】A．图中电场是辐向分布，可知，图中不是匀强电场，则A、K之间的电场强度并不均等于 故A错误； B．等势线与电场线垂直，可以在图中作出经过C点的等势线，由于沿电场线电势降低，根据图中电场线的分布可知，B点电势小于C点电势，故B错误； C．电子由K到A过程，电场力做正功为eU，则电势能减少了eU，故C正确； D．电场线分布的疏密程度表示电场的强弱，根据图示可知，B点位置的电场线分布比C点位置的电场线分布稀疏一些，则B点的电场强度小于C点的电场强度，则电子在B点加速度小于C点加速度，故D错误。 故选C。 7.(2024·陕西省西安市东方中学月考)如图所示，一条100 kV超高压输电线断裂并垂落地面，地面电场可等效为场源电荷所形成的电场。图中圆1、2、3、4的圆心均为垂落点O，圆半径之比r1∶r2∶r3∶r4＝1∶2∶3∶4，关于相邻两圆之间电势差的绝对值，以下关系正确的是(　　) A．U12＝U23＝U34 B．U12<U23<U34 C．U12>U23>U34 D．U23>U12>U34 【答案】　C 【详解】　地面电场可等效为场源电荷为正电荷所形成的电场，根据点电荷周围电场的特点可知，越靠近场源电荷，电场强度越大，由于相邻两圆间的距离相等，由公式U＝d可知U12>U23>U34，故选C。 8.(多选)如图所示，一个电场的电场线分布关于y轴对称，O、M、N是y轴上的三个点，且OM＝MN，P点在y轴的右侧，MP⊥ON，则(　　) A．M点的电势比P点的电势高 B．将负电荷由O点移动到P点，静电力做正功 C．M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差 D．在O点由静止释放一个不计重力的带正电的粒子，该粒子将沿y轴做直线运动 【答案】　AD 【详解】　分别过M、P点作等势线，可得过P点的等势线在过M点的等势线上方，因沿着电场线方向电势降低，则有φM>φP，A对；将负电荷由O点移到P点，由于UOP>0，则W＝qUOP<0，静电力做负功，B错；由U＝Ed定性分析可知，MN间的平均电场强度小于OM间的平均电场强度，故M、N两点间的电势差小于O、M两点间的电势差，C错；根据题意可知，y轴上的电场强度方向沿y轴向上，所以在O点由静止释放一不计重力的带正电的粒子，其所受静电力沿y轴正方向，则该粒子将沿y轴做直线运动，D对。 1．（2025·浙江·高考真题）三个点电荷的电场线和等势线如图所示，其中的d，e与e，f两点间的距离相等，则（　　） A．a点电势高于b点电势 B．a、c两点的电场强度相同 C．d、f间电势差为d、e间电势差的两倍 D．从a到b与从f到b，电场力对电子做功相等 【答案】D 【详解】A．电场线从高等势面指向低等势面，即电场线从图中的正电荷指向负电荷，因此b点所在的等势面高于a点所在的等势面，A错误； B．a、c两点电场强度方向不同，电场强度不同，B错误； C．从d→e→f电场强度逐渐减小，间距相等，结合可知，则，C错误； D．a点与f点在同一等势面上，a、b两点和f、b两点的电势差相等，根据电场力做功可知从a到b与从f到b，电场力对电子做功相等，D正确。 故选D。 2．（2024·北京·高考真题）如图所示，两个等量异种点电荷分别位于M、N两点，P、Q是MN连线上的两点，且。下列说法正确的是（　　） A．P点电场强度比Q点电场强度大 B．P点电势与Q点电势相等 C．若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P点电场强度大小也变为原来的2倍 D．若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P、Q两点间电势差不变 【答案】C 【详解】A．由等量异种点电荷的电场线分布特点知，P、Q两点电场强度大小相等，A错误； B．由沿电场线方向电势越来越低知，P点电势高于Q点电势，B错误； CD．由电场叠加得P点电场强度 若仅两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，则P点电场强度大小也变为原来的2倍，同理Q点电场强度大小也变为原来的2倍，而PQ间距不变，根据定性分析可知P、Q两点间电势差变大，C正确，D错误。 故选C。 3．（2024·江西·高考真题）蜡烛火焰是一种含有电子、正离子、中性粒子的气体状物质, 将其置于电压恒定的两平行金属板间, 板间电场视为匀强电场, 如图所示. 若两金属板间距减小, 关于火焰中电子所受的电场力, 下列说法正确的是 （  ） A．电场力增大，方向向左 B．电场力增大，方向向右 C．电场力减小，方向向左 D．电场力减小，方向向右 【答案】B 【详解】由题知，两极板电压保持不变，则根据电势差和电场强度的关系有 当电极板距离减小时，电场强度E增大，根据F = Ee可知电场力也增大，再结合题图可知极板间的电场线水平向左，则可知电子受到的电场力方向向右。 故选B。 4．（2007·宁夏·高考真题）匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点，AB的长度为1 m，D为AB的中点，如图所示．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，一电量为1×C的正电荷从D点移到C点电场力所做的功为W,则 A．W=8×J E＞8 V/m B．W=6×J E＞6 V/m C．W=8×J E≤8 V/m D．W=6×J E≤6 V/m 【答案】A 【详解】试题分析：由题匀强电场中，由于D为AB的中点，则D点的电势，电荷从D点移到C点电场力所做的功为W=qUDC=q（φD-φC）=1×10-6×（10-2）J=8×10-6J．AB的长度为1m，由于电场强度的方向并不是沿着AB方向，所以AB两点沿电场方向的距离d＜1m，匀强电场中两点电势差与两点沿电场方向的距离成正比，即U=Ed，所以，故选A． 5．（2017·全国III卷·高考真题）一匀强电场的方向平行于平面，平面内a、b、c三点的位置如图所示，三点的电势分别为10V、17V、26V。下列说法正确的是（　　）    A．电场强度的大小为 B．坐标原点处的电势为 C．电子在a点的电势能比在b点的低 D．电子从b点运动到c点，电场力做功为 【答案】AB 【详解】AB．由于该电场为匀强电场，故由已知条件可知，ac连线上离点处的点的电势为17V，过该点与点画出等势线，而该等势线与该四边形的过的对角线垂直，由于电场线与等势面垂直，则可知Oc连线即为一条电场线，根据匀强电场的性质有 即 解得 则由几何关系可知电场强度的大小为 故AB正确； C．由电势能表达式 可知电子在点的电势能 点的电势能 则可知电子在点的电势能比在b点的高，故C错误； D．电子从点运动到点，是从电势低处运动到电势高处，故其电势能减小，即电场力做正功为 故D错误。 故选AB。 6．（2022·重庆·高考真题）如图为两点电荷Q、的电场等势面分布示意图，Q、位于x轴上，相邻等势面的电势差为。若x轴上的M点和N点位于等势面上，P为某等势面上一点，则（　　） A．N点的电场强度大小比M点的大 B．Q为正电荷 C．M点的电场方向沿x轴负方向 D．P点与M点的电势差为 【答案】AD 【详解】A．等差等势线的密度体现场强的大小，由图可知N点的等差等势线比M点更密，则N点的电场强度大小比M点的大，故A正确； B．沿着电场线电势逐渐降低，由图可知电场线由N指向Q，则Q为负电荷，故B错误； C．沿着电场线电势逐渐降低，结合各等势线的电势高低关系可知M点的电场方向沿x轴正方向，故C错误； D．M点与N点等势均为0V，P点与N点的等势线间隔四个，而相邻等势面的电势差为，则P点与M点的电势差为，故D正确。 故选AD。 7．（2021·海南·高考真题）如图，在匀强电场中有一虚线圆，和是圆的两条直径，其中与电场方向的夹角为，，与电场方向平行，a、b两点的电势差。则（　　） A．电场强度的大小 B．b点的电势比d点的低 C．将电子从c点移到d点，电场力做正功 D．电子在a点的电势能大于在c点的电势能 【答案】AD 【详解】A．根据 可得电场强度的大小 选项A正确； B．沿电场线电势逐渐降低，可知b点的电势比d点的电势高，选项B错误； C．将电子从c点移到d点，因电子所受的电场力与位移反向，可知电场力做负功，选项C错误； D．因a点的电势低于c点电势，则电子在a点的电势能大于在c点的电势能，选项D正确。 故选AD。 8．（2023·福建·高考真题）“场离子显微镜”的金属钨针尖处于球形真空玻璃泡的球心O，玻璃泡内壁有一层均匀导电膜：在钨针和导电膜间加上高电压后，玻璃泡上半部分的电场可视为位于O点处点电荷形成的电场，如图所示。a、b、c、d、O为同一平面上的5个点，abc是一段以O为圆心的圆弧，d为ob的中点。a、d两点场强大小分别为Ea、Ed，o、a、c、d四点电势分别为φo、φa、φc、φd，则φa φd；φa φc，(φo－φa) 2(φo－φd)。（填“大于”“等于”或“小于”） 【答案】 小于 等于 小于 【详解】[1]由于沿着电场线方向电势逐渐降低，可知 φa < φd [2][3]由题知，在钨针和导电膜间加上高电压后，玻璃泡上半部分的电场可视为位于O点处点电荷形成的电场，则根据点电荷形成的电场的电势分布可知 φa = φc 且越靠近O场强越强，则od部分的场强均大于db部分的场强，则根据U = Ed，结合微元法可定性判别出 φo－φb < 2(φo－φd) 而 φa = φb 则 φo－φa < 2(φo－φd) 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $$