10.3 电势差与电场强度的关系 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

电势差与电场强度的关系 必修第三册 高中物理（人教版） 1 电场的力的性质 电场力（F=Eq) 电场强度 （E） 电场的能的性质 电势能的变化 ΔEp=WAB=qUAB 移动电荷q做功 无直接关系 电势差 （UAB= ） 电势（φ） 回顾 静电场有两种性质，电场力的性质和电场能的性质。为了描述电场力的性质，我们引入了(点动画）电场强度和电场力， 为了描述电场能的性质，我们引入了(点动画）电势和电势差。电势差等于算一减费力。 从之前的研究我们知道(点动画）电势和电场强度无直接关系， 那么电势差和电场强度(点动画）有什么关系呢？ 在电场中移动电荷Q(点动画）电场力做功， (点动画）从中可以看出电势差与功有一定的关系。而功又可以表示力和位移乘积。 因我们研究电场强度和电势差的关系，可以从功入手。 问题1： 如图：在一匀强电场中，沿场强方向把正电荷q由A点移动到B点 ，设A、B两点间的距离为d，电势差为 UAB ，场强为E。回答下列问题： A B ＷAB = Fd = qEd ① ＷAB = qUAB ② 由 ① ② 两式得: UAB = Ed 　 问题2: 若AB不与电场线平行结论又如何？ ⑴从力和位移的方法计算电场力所做功的大小． ⑵通过A、B间的电势差计算电场力所做功的大小． 探究过程 F q ＷAB′ = FdAB = qEd AB ① ＷAB′ = qUAB′=qUAB ② 由 ① ② 两式得: UAB = Ed AB 　 A. .B′ .B E 讨论与思考 F 【几点说明】 1.各物理量意义: U —表示两点电势差(取绝对值) E —表示匀强电场的场强 d —表示两点间沿电场线方向的距离 本式不带正负号,即运算过程中只带入数值 2.适用条件:匀强电场 结论 想一想1 问题3：非匀强电场中，等差等势面 之间的距离相等吗？ + 等 势 面 等 势 面 场 电 线 电 场 线 结论：等差等势面密场强大 1).由此式可推出E的单位： （1 V/m=1 N/C ） 2).物理意义： 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. 想一想2 问题4：U=Ed变形式的意义？ 下面我们一起来研究一下u等于Ed的变形式的意义，由u等于ED可得E等于u除以d（动画）, U的单位为伏特，D的单位为米。所以我们可以得出电场强度e的另外一个单位是伏特每米（动画）， 根据以前所学可知，一伏特每米和一牛顿每库仑是等效单位。从一伏特每米中，我们可以得出e等于u除以D的物理意义（动画）， 可以理解为在匀强电场中，电场强度e的数值可以认为是沿着电场方向一米也就是单位距离上沿场强方向每单位距离上的电势差. 。 E .B 沿着场强E的方向是电势降落最快的方向。 问题4：U=Ed变形式的意义？ A. .F 想一想2 3).如图，匀强电场中沿哪个方向 电势降低最快？ .K 在电场中，电势既然是变化的，那么下面我们研究一下沿着哪个方向电势变化的最快呢？如图，BF垂直于电场线。所以电势AB等于电势AF，那么也就是UAB等于UAF，又因为AB距离小于AF距离，所以我们认为沿着AB方向比AF方向电势变化的快，因此我们得出在电场中应该是沿着电场方向电势降落的最快。（点动画） 如图，K是AF的中点，虽然AF并不是沿着电场方向，但是AK和KF沿着电场方向的距离相等，所以我们可以认为，UAk等于UkF，也就是等于UAB的一半。 例题1: 如图，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，则上述问题(1)(2)的答案又如何． (1) 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 F=Eq=Uq/d=200×8×10−15×0.04=4×10−11N． (3) 当d′=2d时， E′=U/d′=E/2，F′=E′q=F/2，静电力的大小是2×10−11N a′=F′/m=a/2， v2=2a′d′=2×a/2×2d=2ad,速度仍然是40m/s． (2) 静电力远大于重力2×10−14N，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， v=√2Fd/m=√2×4×10−11×0.04÷2×10−15 m/s=40m/s． F 拓展： 静电力远大于重力2×10−14N，因此重力可忽略不计． 动能定理： qU=½mv2-0， v=40m/s． 练习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 ， 求D点的电势 A B D C 试画出匀强电场的电场线 解：因为AB//CD， E 所以 解得 a c b E B 练习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= -50V ， φb= -20V，则a、b连线的中点c的电势应为（    ） A. φc= - 35V B. φc > - 35V C. φc < -35V D. 无法判断． 由图看出，ac段电场线比bc段电场线密， ac段场强较大，根据公式U=Ed可知，Uca＞Ubc， 即φc-φa＞φb-φc，2φc ＞φa+φb， 得到φc＞ -35V． 视频 出自 bilibili 问题5：什么是跨步电压？触电如何自救？ 1.各物理量意义: U —两点电势差(取绝对值) E —表示匀强电场的场强 d —表示两点间沿电场线方向的距离 本式不带正负号,即运算过程中只带入数值 2.适用条件:匀强电场(非匀强电场定性分析） 3.场强的单位:1V/m = 1N /C 4.沿电场线方向场强降落最快 小结: $