10.3电势差与电场强度的关系 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

10.3 电势差与电场强度的关系 新知探究 1.下图是初中地理某课本中的等高线图(单位：米)。小山坡的左边a和右边b哪一边的地势更陡些？ 一、新课导入 2.把下图看成一个描述电势高低的等势线图，图中的单位是伏特，a和b哪一边电势降落得快？哪一边的电场强度大？ 新知探究 3.右图是一个枕状带体周围的电场线和等势面分布图。 枕状带电体周围电场线及等势面分布 ⑵从图可以看出：电场线密的地方等势线也密，电场线稀疏的地方等势线也稀疏。为什么会这样呢？ ⑴枕状导体的左端尖锐，表面电荷分布密，附近电场强度大，所以电场线也密；导体的右端平滑，表面电荷分稀疏，附近电场强度小，所以电场线也稀疏。 一、新课导入 新知探究 问题1：电场强度大的地方电势是否一定高？反之又如何呢？ EA > EB 且 φ A > φ B EC> ED 且 φ C< φ D E大φ不一定高；φ高E不一定大。 二、电势与电场强度的关系 新知探究 问题2：(若规定无穷远处为零电势点)电场强度为零的点电势一定为零吗？反之又如何呢？ 无直接关系 O O 对O点：E=0，φ≠0 对O点： φ =0，E≠0 E为零φ不一定为零，φ为零E不一定为零。 二、电势与电场强度的关系 新知探究 如图所示，在匀强电场中，把电荷q从A移到B电场力做功： E B A l d 三、电势差与电场强度的关系 1.电势差与电场强度的关系推导 d为A、B沿场强方向上的距离 WAB=qUAB WAB=qEd U=Ed 新知探究 匀强电场中两点间的电势差等于场强与这两点间沿电场力方向距离的乘积。 【说明】 ①只适用于匀强电场；对于非匀强电场，只可做定性判断。 ②d：沿场强方向的距离 U=Ed 新知探究 这个式子表示在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差. 由U=Ed 由此式可推出E的单位为V/m （1 V/m=1 N/C ） 2.电场强度的另一单位 新知探究 3.匀强电场中的几个推论 E B A 乙 C ⑵如图乙所示，在匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势 ； ⑶如图丙所示，在匀强电场中若两线段AB//CD，且AB=CD，则UAB=UCD。 E B A 丙 C D ⑴在匀强电场中同一直线上相同间距的两点间的电势差相等，如图甲所示，AB=BC=CD，则UAB=UBC=UCD； E B A 甲 C D [随堂对点演练4]如图所示,A、B、C、D是匀强电场中平行于电场线的矩形的四个顶点，A、B、C三点电势分别为φA=8V,φB=2V,φC=3V,则D点的电势为( ) A.7V B.6 V C.10V D.9V A B C D D 新知探究 4.计算电场强度三条式子的区别 公式 物理意义 适用范围 是电场强度大小的定义式 适用于一切电场 是真空中点电荷场强的决定式 在真空中，场电荷Q是点电荷 是匀强电场中场强与电势差的关系式(非决定式，只是计算式) 匀强电场 新知探究 1．在静电场中，下列说法中正确的是（　　） A．电场强度的方向总是跟等势面垂直 B．电场强度处处相同的区域内，电势一定也处处相同 C．电场强度处处为零的区域内，电势一定也处处为零 D．电势降低的方向就是电场强度的方向 2．在匀强电场中，下列说法正确的是（　　） A．两点距离越大，电势差一定越大 B．沿电场线的方向，电场强度越来越小 C．因为是匀强电场，所以电势处处相等 D．在相同距离的两点间，只有沿电场线方向，电势差最大 【巩固训练】 A D 新知探究 3.如图，真空中平行金属板M、N之间的距离d为0.04 m，有一个2×10-15 kg的带电粒子位于M板旁，粒子的电荷量为8×10-15 C，给两金属板加200V直流电压。 （1）求带电粒子所受的静电力的大小。 （2）求带电粒子从M板由静止开始运动到达N板时的速度。 （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（1）（2）的答案又如何? 解析：两金属板间的电场强度E=U/d,带电粒子所受的静电力F=Eq，则有 新知探究 （2）静电力远大于重力2×10-14 N，因此重力可忽略不计。 带电粒子运动的加速度a=F/m，设带电粒子到达N板时速度为v。根据匀变速直线运动的速度与时间的关系有v2=2ad，则 （3）当d'=2d时， 则 带电粒子所受的静电力的大小是4×10-11 N，到达N板时的速度是40m/s;两金属板距离增大为原来的2倍时，静电力的大小是2×10-11 N，速度仍然是40m/s. 新知探究 4.如图A，B，C三点都在匀强电场中AC⊥BC，已知∠ABC=600，BC=40cm，把一个电荷量q=10-5C的正电荷从A移到B，电场力的做功为零；从B移到C，电场力做功为-1.73×10-3J，则该匀强电场的场强大小和方向是（　　） A．375V/m，垂直AC向左 B．375V/m，垂直AC向右 C．500V/m，垂直AB斜向下 D．500V/m，垂直AB斜向上 C 四、用电势等分法确定匀强电场中的等势线和电场线方向 A B C F m等分 2.确定步骤： 1.情景描述：这类题目中至少要已知与电场线平行的平面内三点(设为A、B、C)的电势，且φA>φB>φC 。 ⑴先计算UBC与UAC的比： ； n等分 D ⑸过A点作BD的垂线就是电场线，设垂足为F点，则电场方向E由A指向F； ⑶则从C点起第n个等分点D点的电势与B点电势相等； ⑷连接BD，就是一条等势线； ⑵然后将AC等分为m等分； E ⑹利用 计算出电场强度的大小。 [典例](多选)如图所示,A、B、C是匀强电场中平行 于电场线的某一平面上的三个点，各点的电势分别 为φA=5V,φB=2V.φC=3V,H、F三等分AB,G为AC的 中点。在下列各示意图中,能正确表示该电场强度 方向的是( ) A B C G H F A B C G H F A A B C G H F B A B C G H F C A B C G H F D BC [随堂对点演练5]如图所示,A、B、C、D是匀强电场中的四个点,D是BC的中点，A、B、C构成一个直角三角形,AB长为1m,电场线与三角形所在的平面平行,已知φA=5V、φB=-5V、φC=15V,由此可以判断( ) A.电场强度的方向由C指向B B.电场强度的方向垂直AD连线斜向上 C.电场强度的大小为10V/m D.电场强度的大小为 V/m A B C D φD=5V=φA E U=10V D 【复习与提高B组3】如图10-7，在匀强电场中，将电荷量为- 6×10-6C的点电荷从电场中的A点移到B点，静电力做了-2.4×10-5J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.2×10-5J的功。已知电场的方向与△ABC所在的平面平行。 (1)A、B两点间的电势差UAB和B、C两点间的电势差UBC分别为多少? (2)如果规定B点的电势为0，则A点和C点的电势分别为多少? (3)请在图中画出过B点的电场线方向，并说明理由。 E D [针对训练1]如图所示,在平面直角坐标系中,有方向平行于坐标平面的匀强电场，其中坐标原点O处的电势为零,点A处的电势为6V,点B处的电势为3V,则 电场强度的大小为（ ） A.200 V/m B.200 V/m C.100 V/m D.100 V/m y/cm x/cm B A O y/cm x/cm B A O C E A 电势等分法 [针对训练2]如图所示,在平面直角坐标系中,有方向平行于坐标平面的匀强电场，其中坐标原点O处的电势为零,点A处的电势为8V,点B处的电势为3V,则电场强度的大小为（ ） A.200 V/m B.200 V/m C.100 V/m D.100 V/m y/cm x/cm B A O y/cm x/cm B A O C E A 电势等分法 $$