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学习探究区
高中物理·选修3-1·人教版
第一章 静电场
学案7 电势差与电场强度的关系
学习目标定位
1
2
学案7 电势差与电场强度的关系
掌握电势差与电场强度的关系.
能利用电势差与电场强度的关系解决实际问题.
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典例精析
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技巧花园时,圆形均与速度相切,逐渐增大,
*
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一、电势差与电场强度的关系
电场强度与这两点沿电场方向的距离 Ed
二、关于E=U/d的说明
1.电势差 沿电场强度方向距离 每单位距离
2.伏每米 牛每库
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技巧花园时,圆形均与速度相切,逐渐增大,
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一、电势差与电场强度的关系
如图所示的匀强电场中有A、B两点,A、B两点位于同一条电场线上,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:
(1)电荷所受静电力是多少?从力和位移的角度计算静电力所做功的大小.通过A、B间的电势差计算静电力做功的大小.
(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θ)
(1)F电=qE
WAB=F电d=qEd WAB=qUAB
(2)UAB=Ed
(3)WAC=qELcos θ=qEd,
WAC=qUAC,UAC=Ed
等势面
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F电为恒力
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[要点提炼]
1.公式U=Ed只适用于匀强电场,其中d为A、B两点沿电场方向的距离.
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U=Ed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.
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eq \f(U,d)
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二、对电场强度的进一步理解
1.教材中给出了电场强度的三个计算公式,这三个公式的物理意义及适用范围是不相同的,为了加强对这三个公式的理解,下面列表进行对比.请填空.
一切电场
点电荷
匀强电场
试探电荷
场源电荷
沿电场方向
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区别
公式
物理含义
引入过程
适用范围
说明
E=eq \f(F,q)
电场强度大小的定义式
eq \f(F,q)与F、q无关,是反映某点电场的性质
q为 的电荷量
E=keq \f(Q,r2)
真空中点电荷场强的决定式
由E=eq \f(F,q)和库仑定律导出
在真空中,场源电荷Q是
Q为
的电荷量
E=eq \f(U,d)
匀强电场中场强的决定式
由F=qE和W=qU导出
d为
的距离
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2.为什么在等差等势面中等势面越密集的地方电场强度就越大?
学案7 电势差与电场强度的关系
B
C
A
如图:UAB=UBC
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答案 根据公式E=eq \f(U,d)定性分析,在等差等势面中,对于相等的电势差U,等势面越密集d就越小,因此电场强度E就越大.
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一、对电势差与电场强度关系的理解
例1 如图所示,在xOy平面内有一个以O为圆心、半径R=0.1 m的圆,P为圆周上的一点,O、P两点连线与x轴正方向的夹角为θ.若空间存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小E=100 V/m,则O、P两点的电势差可表示为 ( )
A.UOP=-10sin θ (V)
B.UOP=10sin θ (V)
C.UOP=-10cos θ (V)
D.UOP=10cos θ (V)
沿电场线电势降低
φP>φO
所以UOP<0
d=OPsin ɵ
A
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d
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