10.3 电势差与电场强度的关系 —【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册课件

10.3 电势差与电场强度的关系 第十章 静电场中的能量 1图；2文 1 教学目标 1.理解在匀强电场中电势差与电场强度的关系:U=Ed,并了解其适用条件 2.会用U=Ed或E=解决有关问题 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 静电力做的功与A、B两点的电势差的关系为 从所受的静电力来计算静电力做的功 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 或 电势差与电场强度的关系 接上问,若A、B不在同一条电场线上,如图所示,A、B两点间的电势差UAB 或 电势差与电场强度的关系 适用条件： 匀强电场 物理意义： 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距离的比值 ②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 ③场强E的大小描述沿电场线方向电势降落的快慢。 注意：运用此式运算时不用带符号 电势差与电场强度的关系 电场强度的另一种表述 1.根据E=可知,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间沿电场强度方向距离的比值。 2.根据公式E=,可以得到电场强度的另一个单位是V/m。 电势差与电场强度的关系 (1)大小关系: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,电场强度是电势差对空间位置的变化率,电势随空间变化的快慢,反映了电场强度的大小。 (2)方向关系:电场中电场强度的方向就是电势降低最快的方向。如图所示,沿ab、ac、ad三个方向电势都降低相同数值ΔU,沿ac方向经过的距离最小, 最大,ac方向就是电势降低最快的方向。 1.关系式E=表明了电场强度与电势差的关系 电势差与电场强度的关系 2.公式UAB=Ed或E=只能适用于计算匀强电场的电势差,不能计算非匀强电场的电势差,但在非匀强电场中,电场强度整体较强的地方,沿电场线相同的距离上的电势差必然更大,电势变化更快,所以根据这个公式可以比较非匀强电场中电势差的大小 电势差与电场强度的关系 例1(1)某一电场的电场线和等势面如图甲所示。已知φa=5 V,φc=3 V,ab=bc,则(　　) A.φb=4 V B.φb>4 V C.φb<4 V D.上述情况都有可能 (2)若电场线和等势面如图乙所示,其他条件不变,则答案为(1)中的(　　) 解析:(1)根据匀强电场U=Ed可知,φa-φc=E·,φa-φb=E·,得φb=4 V,选项A正确。(2)由于是非匀强电场,不能根据公式U=Ed进行定量计算,只能进行定性分析,由电场线的疏密可知ab和bc间的平均电场强度Eab>Ebc,所以Uab>Ubc,C正确 电势差与电场强度的关系 例3 下列静电场公式中,F、q、E、U、r和d分别表示静电力、电荷量、电场强度、电势差及距离,①F=k,②E=k,③E=,④U=Ed,下列有关四个公式的说法中正确的是(　　) A.它们都只对点电荷或点电荷的电场成立 B.①②③只对点电荷或点电荷电场成立,④对任何电场都成立 C.①②只对点电荷成立,③对任何电场都成立,④只对匀强电场成立 D.①②只对点电荷成立,③④对任何电场都成立 C 电势差与电场强度的关系 1.电场强度与电势差的关系 物理量 电势差U 电场强度E 定义 电荷在电场中两点间移动时,静电力所做的功跟电荷量的比值 放入电场中某一点的电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值 定义式 U= E= 大小 数值上等于单位正电荷从一点移到另一点时,静电力所做的功 数值上等于单位电荷受到的力 电势差与电场强度的关系 物理量 电势差U 电场强度E 方向 标量、无方向 矢量,规定与正电荷在该点所受静电力的方向相同 联系 (1)电场强度的方向是电势降低最快的方向,但电势降低的方向不一定是电场强度的方向 (2)在匀强电场中电场强度在数值上等于沿电场强度方向每单位长度上降低的电势,即E=或UAB=EdAB 电势差与电场强度的关系 2.关于电场强度的三个表达式的比较 区别公式　　 物理含义 引入过程 适用范围 E= 电场强度大小的定义式 E与F、q无关,是反映某点电场的性质 一切电场 E=k 真空中点电荷电场强度的决定式 由E=和库仑定律导出 在真空中,场源电荷Q是点电荷 E= 匀强电场中电场强度的公式 由F=qE和W=qU导出 匀强电场 例3 如图所示,虚线方框内有一匀强电场,A、B、C为该电场中的三点,已知:φA=12 V,φB=6 V,φC=-6 V。试在该虚线框内作出该电场的示意图(画出几条电场线),并要求保留作图时所用的辅助线。 电势差与电场强度的关系 电势差与电场强度的关系 解析:要画电场线,先找等势面(线) 因为UAC=18 V、UAB=6 V,=3,将线段AC等分成三份,即使AH=HF=F