10.3 电势差与电场强度的关系 课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理课件聚焦静电场中电势差与电场强度的关系，系统涵盖匀强电场中U=Ed的推导、非匀强电场的定性分析及φ-x、E-x图像问题。通过活动方案中静电力做功两种方法的对比推导，衔接电场强度定义与电势差概念，搭建从具体到抽象的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过推导过程培养科学推理能力，借助图像分析强化模型建构，如φ-x图像切线斜率与场强关系的总结。检测反馈分层设计选择与计算，结合匀强电场实例（平行金属板问题）和非匀强电场分析（电场线疏密与电势差关系），助力学生深化物理观念，提升问题解决能力，为教师提供结构化教学资源，提高课堂效率。

第十章 第3节　电势差与电场强度的关系 静电场中的能量 内容索引 学习目标 活动方案 检测反馈 学 习 目 标 内容索引 1. 理解匀强电场中电势差与电场强度的关系． 2. 会在非匀强电场中定性分析电势差与电场强度的关系． 3. 会解决两类图像问题． 内容索引 活 动 方 案 内容索引 1. 如图所示，匀强电场的场强大小为E，A、B是沿电场方向上的两点，其电势差为UAB，A、B两点相距为d.现将一个电荷量为q的正电荷由A移到B： (1) 试用恒力功的计算公式求静电力所做的功； (2) 试由A、B间的电势差求静电力所做的功； (3) 据静电力所做的功的两种求法，推导电势差与电场强度的关系； (4) 若B、C在同一等势面上，则UAC与电场强度有何关系？ (5) 有人说，电场强度的单位也可以是伏每米，你认为对吗？为什么？ 活动一：推导并理解匀强电场中电势差与电场强度的关系 内容索引 内容索引 2. 比较场强的三个表达式． 一切 真空中点电荷 形成的 匀强 沿电场 方向的距离 内容索引 3. 如图所示，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200 V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；(提醒：可以用运动学公式或动能定理计算) (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？ 内容索引 内容索引 内容索引 内容索引 【答案】 A 内容索引 (2) 等分法及其推论 ①等分法：在匀强电场中，如果把某两点间的距离等分为n段， 则每段两端点的电势差等于原电势差的______． ②两个推论： a. 在匀强电场中，相互平行且长度相等的线段两端电势差_______. b. 在匀强电场中，相互平行的两条线段，无论它们是否与电场线方向平行，只要一条线段是另一条线段的n倍，这条线段两端点的电势差就一定是另一条线段两端点电势差的_____倍． 相等 n 内容索引 1. 如图所示，a、b、c为某条电场线上的三个点，且ab＝bc，试比较Uab与Ubc的大小． 【答案】 由于不知电场的性质，所以电势差Uab与Ubc的大小不能确定． 活动二：定性分析非匀强电场中电势差与电场强度的关系 内容索引 2. 如图所示，实线为电场线，虚线为等势面，φa＝50 V，φc＝20 V，则a、c连线中点b的电势φb (　　) A. 等于35 V B. 大于35 V C. 小于35 V D. 等于15 V 【答案】 C 内容索引 16 1. 如图甲所示，AB是某电场中的一条电场线，若有一电子以某一初速度且仅在静电力的作用下，沿AB由A点运动到B点，所经位置的电势随距A点的距离变化的规律如图乙所示，以下说法正确的是 (　　) A. 该电场是匀强电场 B. 电子在A、B两点的电势能EpA>EpB C. 电子在A、B两点的加速度关系是aA>aB D. 电子在A、B两点的速度vA<vB 活动三：分析φ－x图像和E－x图像 内容索引 【解析】 φ－x图线的切线斜率表示电场强度，由图可知从A到B，电场强度逐渐减小，即EA>EB，则电子受到的静电力逐渐减小，则加速度逐渐减小，A错误，C正确；由图乙可知，电势逐渐降低，可判断出电场线的方向从A到B，在移动过程中，电子受到的静电力方向向左，静电力做负功，电子的动能减小，速度减小，即vA>vB，而电子的电势能增大，即EpA<EpB，B、D错误． 【答案】 C 内容索引 内容索引 拓展：如果仅将上题φ－x图像纵轴的物理量改为电势能Ep，即改为Ep－x图像，其他条件均不变，4个选项中哪些是正确的？ 【答案】 B、C、D正确． 总结：Ep－x图像切线的斜率表示电场力(qE). 内容索引 2. 某空间存在一条沿x轴方向的电场线，电场强度E随x变化的规律如图所示，图线关于坐标原点中心对称，A、B是x轴上关于坐标原点O对称的两点，C点是OB的中点，则下列说法正确的是 (　　) A. 电势差UOC＝UCB B. 电势差UOC＞UCB C. 取无穷远处电势为零，则O点处电势也为零 D. 电子从A点由静止释放后的运动轨迹在一条直 线上 内容索引 【解析】 由图可知，OC与图像围成的面积小于CB与图像围成的面积，故电势差UCB＞UOC，A、B错误；若把一个正点电荷从O点沿x轴正方向移到无穷远处，静电力一直在做功，所以O点电势与无穷远处电势不相等，C错误；电子从A点由静止释放后一直受到沿x轴方向的力作用，即力与运动方向一直在同一条直线上，故电子的运动轨迹在一条直线上，D正确． 【答案】 D 内容索引 总结：由E－x图像可得到的信息 (1) 图像中，E的数值反映电场强度的大小，E的正负反映E的方向，E为正表示电场方向为正方向． (2) 图线与x轴所围的面积表示“两点之间的电势差U”，电势差的正负由沿场强方向电势降低判断． 内容索引 拓展：如图所示，等量同种点电荷放在x轴上， O点为中心，则两电荷： (1) 连线上的电场强度E、电势φ随x变化的关系图像分别为__________． (2) 中垂线上的电场强度E、电势φ随x变化的关系图像分别为__________． 甲、丁 乙、丙 内容索引 检 测 反 馈 内容索引 1. 下列关于匀强电场中场强和电势差关系的说法，其中正确的是 (　　) A. 在相同距离上，电势差大的其场强也必定大 B. 任意两点的电势差，等于场强与这两点间距离的乘积 C. 沿着电场线方向，相同距离上的电势降落必定相等 D. 电势降低的方向，必定是电场强度的方向 1 【解析】 由匀强电场的特点知A、B错误，C正确；电势降低最快的方向才是电场强度的方向，D错误． 【答案】 C 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 2. 如图所示是一个匀强电场的等势面，每两个相邻等势面相距2 cm，由此可以确定电场强度的方向和数值是 (　　) A. 竖直向下，E＝100 V/m B. 水平向左，E＝100 V/m C. 水平向左，E＝200 V/m D. 水平向右，E＝200 V/m 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 【答案】 B 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3. a、b、c、d是匀强电场中的四个点，它们正好是一个矩形的四个顶点．电场线与矩形所在平面平行．已知a点的电势为20 V，b点的电势为24 V，d点的电势为4 V，如图所示，由此可知c点的电势为 (　　) A. 4 V B. 8 V C. 12 V D. 24 V 3 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 【解析】 根据匀强电场的特点，Uad＝Ubc，即φa－φd＝φb－φc，解得φc＝8 V，B正确． 3 【答案】 B 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4. 某一电场的电场线如图所示．已知φa＝5 V，φc＝3 V，ab＝bc，b点的电势为φb，b、d在同一等势面上．以|Wac|表示点电荷q由a点移到c点过程中电场力做功的大小，|Wdc|表示点电荷q由d点移到c点过程中电场力做功的大小，则 (　　) A. φb>4 V B. φb<4 V C. |Wac|＝2|Wdc| D. |Wac|<2|Wdc| 4 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 【答案】 B 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5. 如图甲所示，在某电场中有一条电场线与Ox轴重合，取O点电势为零，Ox方向上各点的电势随x轴坐标变化的关系如图乙所示，若在O点由静止释放一电子，电子仅受静电力的作用，则 (　　) 5 A. 沿Ox方向电场强度先减小后增大 B. 电子所受静电力沿x轴负方向 C. 电子的电势能将一直增大 D. 电子运动的加速度一直增大 甲　　　　　　　乙 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 【解析】 φ－x图像切线斜率的绝对值表示场强的大小，由图乙可知，沿Ox方向电场强度先减小后增大，A正确；由图乙可知，沿x轴正方向电势升高，所以电场方向沿x轴负方向，则电子所受静电力沿x轴正方向，B错误；静电力对电子做正功，电势能减少，C错误；根据A可知，电子所受静电力先减小后增大，则电子运动的加速度先减小后增大，D错误． 5 【答案】 A 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6. 静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图所示，x轴正方向为场强正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则点电荷 (　　) A. 在x2和x4处电势能相等 B. 由x1运动到x3的过程中电势能减小 C. 由x1运动到x4的过程中所受静电力先增大后 减小 D. 由x1运动到x4的过程中所受静电力先减小后增大 6 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 【解析】 由图可知，在O～x1之间，电场强度E是正的，是沿x轴正方向的；在x1～x4之间，电场强度E是负的，是沿x轴负方向的．故正电荷由x2到x4的过程中，是逆着电场线的方向运动，所以正电荷在x4处的电势能要大于在x2处的电势能，A错误．正电荷由x1运动到x3的过程中，是逆着电场线方向运动的，所以电势能增大，B错误．正电荷由x1运动到x4的过程中，x3处的电场强度的大小是最大的，故电荷在该点受到的静电力也应该是最大的，故所受静电力先增大后减小，C正确，D错误． 6 【答案】 C 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7. 如图所示，有两块平行金属板A、B，相隔6 cm接在36 V的直流电源上．电源的正极接地，C点在两板间且到A板的距离为2 cm. (1) 求A、B两板间的场强大小和方向； (2) 以大地为电势的零点，问C点的电势多高？ 7 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8. 用一根长为l的丝线吊着一质量为m、带电荷量为q的小球，丝线悬点位置为O，小球静止在水平向右的匀强电场中的A点，如图所示，丝线与竖直方向成37°角．求： (1) 小球的电性； (2) 匀强电场的电场强度的大小； (3) OA间的电势差UOA. 8 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 内容索引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 谢谢观看 Thank you for watching 引入过程 适用范围 说明 E＝ 电场强度大小的定义式 E与F、q无关，是反映某点电场的性质 ________电场 q为试探电荷的电荷量 E＝k 真空中点电荷场强的决定式 由E＝和库仑定律导出 ______________________电场 Q为场源电荷的电荷量 E＝ 匀强电场中电场强度与电势差的关系 由F＝qE和W＝qUAB导出 ________电场 d为________ ___________ $