第10章 第3节 电势差与电场强度的关系（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版2024）

静电场中的能量 第十章　 第3节　电势差与电场强度的关系 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 课前·教材预案 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课后·限时作业 [学习目标]　1.理解匀强电场中电势差与电场强度的关系UAB＝ Ed，能够推导出这个关系式（物理观念）.2.知道电场强度的另 一种关系，了解电场强度的另一个单位“伏每米”的意义（物 理观念）.3.会用关系式UAB＝Ed或E＝进行相关计算（科学 思维）.4. 会用等分法确定等势面及电场方向（科学思维）. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课前·教材预案 知识点一　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 与这两点 ⁠ 的乘积. 2.公式：UAB＝ ⁠. 电场强度　 沿 电场方向的距离　 Ed　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点二　公式E＝ 1.意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点之间的 ⁠ 与这两点 之比. 2.电场强度的另一种表述：电场强度在数值上等于沿 ⁠ 方向 上降低的电势. 3.电场强度的另一个单位：由E＝可导出电场强度的另一个 单位，即 ，符号为 ，1 V/m＝1 N/C. 电 势差　 沿电场强度方向的距离　 电场　 单位距离　 伏每米　 V/m　 返回目录 物理　必修　第三册 　 1.判断下列说法的正误. （1）公式UAB＝Ed适用于计算任何电场中A、B两点间的电势差. （　×　） （2）根据公式UAB＝Ed，在匀强电场中A点和B点间的距离越大，则这两点的电势差越大. （　×　） （3）在匀强电场中，沿电场线方向，相同距离上降低的电势必相等. （　√　） × × √ （4）由公式E＝得，电场强度E与电势差U成正比，与两点间距离d成反比. （　×　） × 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.已知空气的击穿电场强度为2×106 V/m，测得某次闪电（电场为匀强电场），设闪电的火花路径为直线，其火花长为1 000 m，则发生这次闪电时，放电路径两端的电势差U＝ V，若这次闪电通过的电荷量为30 C，则释放的能量W＝ ⁠J. 2×109　 6×1010　 返回目录 物理　必修　第三册 　 课堂·深度探究 【情境导学】公式E＝对任何电场都适用吗？式中d指的是 两点间的距离吗？ 答案　公式E＝只适用于匀强电场，公式中的d指的是两点 沿电场方向的距离，而不是两点间的距离. 考点一　对公式U＝Ed、E＝的理解 返回目录 物理　必修　第三册 　 【知识拓展】 1.公式E＝及UAB＝Ed的适用条件都是匀强电场. 2.由E＝可知，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.式中d不是两点间的距离，而是沿电场方向的距离. 3.电场中电场强度的方向就是电势降低最快的方向. 返回目录 物理　必修　第三册 　 4.电场强度与电势都是用比值定义的物理量，它们都仅由电场 本身性质决定，根据公式E＝不能得出电场强度和电势有直 接关系，即电场强度大的点电势不一定高，电势高的点电场强 度不一定大. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题1】如图所示，A、B、C三点都在匀强电场中，已知AC⊥BC，∠ABC＝60° ， BC＝20 cm，把一个电荷量q＝10－5 C的正电荷从A移到B，静电力做功为零；从B移到C，静电力 做功为－1.73×10－3 J.则该匀强电场的电场强度的大小和方向是 （　　） A.865 V/m，垂直AC向左 B.865 V/m，垂直AC向右 C.1 000 V/m，垂直AB斜向上 D.1 000 V/m，垂直AB斜向下 返回目录 物理　必修　第三册 　 思维导引：由于静电力做功WAB＝qUAB与路径无关，只与初末 位置间的电势差有关，故可以根据已知条件先求电势差，再根 据匀强电场中场强与电势差的关系E＝确定场强E. 答案　D 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　把电荷q从A移到B，静电力不做功，说明A、B两点在同 一等势面上，因该电场为匀强电场，等势面应为平面，故题图 中AB即为等势线，场强方向垂直于AB，选项A、B错误；UBC ＝＝ V＝－173 V，B点电势比C点低173 V，因场 强方向是电势降低最快的方向，所以场强的方向必 垂直于AB斜向下，场强大小E＝＝＝ V/m≈1 000 V/m，选项D正确，C错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式1】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 答案　C 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　由题意，将正电荷从A移到B，静电力不做功，则A与B 电势相等，AB连线是一条等势线.BC间电势差为UBC＝＝ V＝－800 V，所以B点的电势低，该匀强电场的电场强 度大小为E＝＝ V/m＝10 000 V/m，因为沿 电场线方向电势降低，故电场强度方向垂直AB斜向下，选项C 正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点二　非匀强电场的定性分析 【情境导学】大家知道，在电场中沿着电场线方向电势降低， 如图所示，ab＝bc，若a点电势为8 V，b点电势为6 V，思考： c点电势为4 V吗？请说明理由. 答案　不一定，a、b、c为某条电场线上的三个点，且ab＝bc，由于不知电场的性质，所以电势差Uab与Ubc的大小关系不 能确定. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【知识拓展】 1.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. 2.在同一幅等势面图中，相邻等差等势面间的间距越小（等差 等势面越密），电场强度E＝就越大. 返回目录 物理　必修　第三册 　 实例分析：如图甲所示，在等差等势面中等势面越密的地方电 场强度就越大；如图乙所示，a、b、c为某条电场线上的三个 点，且距离ab＝bc，由于电场线越密的地方电场强度越大，故 Uab＜Ubc. 　 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题2】如图所示，实线为电场线，虚线为等势面，且AB＝ BC.电场中A、B、C三点的电场强度分别为EA、EB、EC，电势 分别为φA、φB、φC，AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC，则 下列关系式错误的是（　　） A.φA＞φB＞φC B.EC＞EB＞EA C.UAB＜UBC D.UAB＝UBC 思维导引：（1）电场线方向→电势高低；（2）电场线疏密→ 电场强度大小；（3）非匀强电场中距离相等的等势面间的电 势差不相等. 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　 D 解析　由图中电场线形状可以看出，从A到C电场线越来越 密，因此电场强度越来越大，即EC＞EB＞EA，沿着电场线的 方向电势越来越低，因此φA＞φB＞φC；由于AB＝BC，U＝Ed 且B、C间平均电场强度较大，因此UAB＜UBC，选项A、B、C 正确，D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式2】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＝－50 V，φb＝－20 V，则a、b连线的中 点c的电势应为（　　） A.φc＝－35 V B.φc＞－35 V C.φc＜－35 V D.无法判断 答案　B 解析　由题图可知这是一个非匀强电场，且Ea＞Ec＞Eb，即从 b到a电场强度越来越大，则Ubc＝·d，Uca＝·d，其中、分别为bc段和ca段的平均电场强度，且＜，Ubc＜Uca，即φb－φc＜φc－φa，得φc＞－35 V，选项B正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【知识拓展】 1.两个重要结论 结论1：匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势φC＝，如图甲所示. 结论2：匀强电场中若两线段AB∥CD，且AB＝CD，则UAB＝ UCD（或φA－φB＝φC－φD），同理有UAC＝UBD，如图乙所示. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.确定电场方向的方法 先由等分法确定电势相等的点，画出等势线，然后根据电场线 与等势面垂直画出电场线，且电场线的方向由电势高的等势面 指向电势低的等势面. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题3】如图所示，A、B、C、D是匀强电场中一个以坐标原 点为圆心、半径为1 m的圆与两坐标轴的交点，已知A、B、D 三点的电势分别为φA＝3 V、φB＝－2 V、φD＝8 V，由此可知 电场强度的大小为（　　） A.4 V/m B.5 V/m C.6 V/m D.7 V/m 答案　B 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　在匀强电场中，由U＝Ed可知沿着同一方向（非等势面 上），每前进相同的距离，电势的降低相等；根据几何知识可 知AB＝CD，且AB∥CD，说明AB间的电势差等于DC间的电势 差.故φA－φB＝φD－φC，代入数据，解得φC＝3 V，即C点的电 势为3 V，可知AC为等势面，电场强度方向与等势面垂直，从 高电势到低电势，即由D指向B，根据U＝Ed，可得电场强度 大小为E＝＝ V/m＝5 V/m，选项B正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 匀强电场中找等势点的方法 1.在匀强电场中，电势沿直线均匀变化，即同一直线上距离相 等的线段两端的电势差值相等. 2.等分线段找等势点法：将电势最高点和电势最低点连接后根 据需要平分成若干段，必能找到第三个点电势的等势点，它 们的连线即等势面（或等势线），与其垂直的线即为电场线. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式3】空间中存在一个平行于xOy平面的匀强电场，平面内 a、b、c三点的位置如图所示，三点的电势分别为10 V、18 V、26 V.下列说法正确的是（　　） A.电子在a点的电势能比在b点的低8eV B.坐标原点处的电势为0 V C.电场强度的大小为 V/cm D.电子从b点运动到c点，电场力做功为－8eV 答案　C 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　电子带负电，在电势越低的点，其电势能越大，可知电子在a点的电势能比在b点的高8eV，选项A错误；依题意，将ac的中点e与b相连，将a与Ob之间的中点f相连，如图所示.因是匀强电场，有φc－φe＝φe－φa，有φe＝18 V，将e与b相连，可知eb为等势线；因为af与be平行，可知a点与f点电势相等，为10 V，依题意有φb－φf＝φf－φO，有φO＝2V，选项B错误； 返回目录 物理　必修　第三册 　 依题意有，x轴方向的场强大小为Ex＝ V/cm＝2 V/cm，y轴方向的场强大小为Ey＝ V/cm＝ V/cm，合场强为E＝＝ V/cm，选项C正确；电子从b点运动到c点，电场力做功为W＝－eUbc＝－e（φb－φc）＝8 eV，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课末·随堂演练 1.（UAB＝Ed的应用）如图所示，匀强电场的电场强度E＝100 V/m，A、B两点相距10 cm，A、B连线与电场线夹角为60°， 若取A点电势为0，则B点电势为（　　） A.－10 V B.10 V C.－5 V D.5 V 答案　C 解析　A、B两点沿电场线方向的距离d＝lcos 60°＝0.1× m＝ 0.05 m，B点电势低于A点电势，φA＝0时，φB＝UBA＝－Ed＝ －100×0.05 V＝－5 V，选项C正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.（对公式E＝的理解）雷击，指打雷时电流通过人、畜、树 木、建筑物等而造成杀伤或破坏，其中一种雷击是带电的云层 与大地上某点之间发生迅猛的放电现象，叫作“直击雷”.若 某次发生“直击雷”前的瞬间，带电云层到地面的距离为8千 米，云层与地面之间的电压为2×107千伏，则此时云层与地面 间电场（视为匀强电场）的电场强度为（　　） A.2.5×103 V/m B.2.5×106 V/m C.2.5×107 V/m D.2.5×109 V/m 答案　B 解析　根据U＝Ed得到E＝＝ V/m＝2.5×106 V/m，选项B正确，A、C、D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.（等分法的应用）（多选）有一匀强电场的方向平行于xOy 平面，平面内a、b、c、d四点的位置如图所示，cd和cb分别垂 直于x轴和y轴，其中a、b、c三点电势分别为4 V、8 V、10 V. 将一电荷量为q＝－2×10－5 C的负点电荷由a点开始沿abcd路 线运动，则下列判断正确的是（　　） A.坐标原点O的电势为6 V B.电场强度的大小为 V/m C.该点电荷在c点的电势能为－2×10－4 J D.该点电荷从a点移到d点过程中，静电力做功为8×10－5 J 答案　ACD 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　由于是匀强电场，所以沿同一方向前进相同距离电势的降低相等，φb－φc＝φa－φO，代入数据解得φO＝6 V，选项A正确；同理，ab中点e的电势为φe＝6 V，连接Oe，则为等势面，如图所示，由几何关系可知，ab垂直Oe，则ab为一条电场线，且方向由b指向a，电场强度为E＝＝V/m＝100 V/m，选项B错误；该点电荷在c点的电势能Epc＝qφc＝－2×10－4 J，选项C正确；UOd＝UaO知φd＝8 V，Uad＝－4 V，该点电荷从a点移动到d点静电力做功为Wad＝qUad＝ 8×10－5 J，选项D正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 4.（非匀强电场中电势差和电场强度的定性分析）如图所示的 同心圆是电场中的一簇等差等势线，一个电子只在静电力作用 下沿着直线由A→C运动时的速度越来越小，B为线段AC的中 点，则下列说法正确的是（　　） A.电子沿AC方向运动时受到的静电力越来越小 B.电子沿AC方向运动时具有的电势能越来越大 C.电势差UAB＝UBC D.电势φA＜φB＜φC 答案　B 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　由等势线分布和电子速度变化可知该电场类似于负点电荷的电场，电势φA＞φB＞φC，电子沿AC方向运动时受到的静电力越来越大，选项A、D错误；根据电子只在静电力作用下沿着直线由A→C运动时的速度越来越小，可知电子具有的电势能越来越大，选项B正确；根据U＝Ed，由于电场为非匀强电场，平均电场强度EAB＜EBC，可知电势差UAB＜UBC， 选项C错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课后·限时作业 （建议用时：40分钟） 返回目录 物理　必修　第三册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$