10.3 电势差与电场强度的关系 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十章 静电场中的能量 第三节 电势差与电场强度的关系 一、匀强电场中电势差与电场强度的关系 问题1:电荷+q从A运动至B,静电力所做的功从力和位移的角度怎么计算? 电场为匀强电场,静电力为恒力 F=qE,方向水平向右, 力、位移方向一致,WAB=Fl=qEd。 问题2:从功能关系的角度怎么计算电荷+q从A运动至B静电力所做的功? 一、匀强电场中电势差与电场强度的关系 静电力做功 WAB=EpA-EpB=qUAB 问题3:由问题1和问题2能得到什么结论? 一、匀强电场中电势差与电场强度的关系 qUAB=qEd UAB=Ed 问题4:若A、B不在同一条电场线上,还能得出问题3的结论吗? 一、匀强电场中电势差与电场强度的关系 WAB=Flcosα,α为AB与电场线方向的夹角,由于lcosα=d,故WAB=qEd。又因为WAB=qUAB,故有qUAB=qEd,从而得到UAB=Ed。 注意:U=Ed和E =U/d的适用条件是: (1)匀强电场 (2)d是两点沿场强方向的距离。 或:E=UAB/d(计算式) 2、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。 UAB=Ed 1、在匀强电场中两点间的电势差等于场强与这两点沿电场方向的距离的乘积。 小结 判断1:沿电场线方向电势逐渐降低,电势逐渐降低的方向就是电场线的方向。 E A N P M × 电势降低最快的方向是电场强度E的方向。 巩固与练习 例1. 如图所示,A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点。已知A、B、C三点的电势分别为φA=15V, φB=3V, φC=-3V,求D点的电势φD? A B C D E a • c • b • d • e • g • f • ①等势面一定与电场线垂直! ②匀强电场的等势面互相平行! ③电势差相等的面间距相等! 15V 3V -3V 3V • 9V • 9V 巩固与练习 例2. 如图所示,真空中平行金属板M、N之间的距离d为0.04m,有一个2×10-15kg的带电粒子位于M板旁,粒子的电荷量为8×10-15C,给金属板加200V直流电压。 (1)求带电粒子所受的静电力的大小。 4×10-11N (2)求带电粒子从M板由静止开始运动到达N板时的速度。 ①v2=2ad (3)如果两金属板距离增大为原来的2倍,其他条件不变, 则上述问题(1)(2)的答案又如何? 40m/s ①d´= 2d E´= = F´= qE´ a´= = = v´= = = v ②U = Ed qU = mv2 ②qU = mv2 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。 二、电势差与电场强度的区别与联系 三、电场强度三个公式的区别 公式 公式含义 适用范围 电场强度的定义式 任意电场 真空中点电荷电场的场强计算公式 真空中静止点电荷电场 匀强电场的场强的计算公式(为沿场强方向的距离) 匀强电场 利用 U=Ed 定性分析非匀强电场 思考 ①如图甲所示,等差等势面的间距随电场强度的减小而增大。 甲 ②如图乙所示,有三条间距相同的等势线a、b、c,则Uab和Ubc大小关系应该是? a b c E 乙 Uab>Ubc 四、匀强电场中可以得到下面两个结论: ②匀强电场中,相互平行且相等的线段两端点电势差相等. 如图AB∥CD,且AB=CD,则UAB=UDC(或φA-φB=φD-φC), 同理有UAD=UBC ①匀强电场中的任一线段AB的中点C 的电势 课堂检测 1.如图所示,实线表示电场线,虚线表示等势线,a、b两点的电势分别为φa=20 V,φb=50 V,则a、b连线的中点c的电势φc应为 A.φc=35 V B.φc>35 V C.φc<35 V D.无法判断φc的高低 √ 由题图知,ac段电场线比bc段电场线密,则ac段电场强度较大,根据公式U=Ed可知,c、a间电势差Uca大于b、c间电势差Ubc,即φc-φa>φb-φc,φc> =35 V,故选B。 课堂检测 2.如图,A、B、C三点在匀强电场中,AC⊥BC ,∠CAB=37°,BC=10 cm,把一个电荷量q=1×10-5 C的正电荷从A移到B,静电力不做功;从B移到C,静电力做功为-8×10-3 J,则该匀强电场的电场强度大小和方向是(cos 37°=0.8) A.800 V/m,垂直AC向下 B.800 V/m,垂直AC向上 C.10 000 V/m,垂直AB斜向下 D.10 000 V/m,垂直BC斜向上 √ 课堂检测 由题意,将正电荷从A移到B,静电力不做功,则A与B电