高中物理 第一章 第6節(jié) 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系課件 新人教版選修3-1.ppt

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第六節(jié) 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系,,第一章 靜電場,學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.會推導(dǎo)勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系. 2.能利用電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系解決有關(guān)問題.,,第一章 靜電場,一、電勢差和電場強(qiáng)度的關(guān)系 1．勻強(qiáng)電場中UAB和E的關(guān)系 (1)從力的角度計算，如圖所示，在場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中沿電場方向把電荷量為q的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，A、B間距離為d，靜電力做功WAB＝___________. (2)從能的角度計算，如果A、B兩點(diǎn)間電勢 差為UAB，靜電力做功WAB＝___________. 由(1)、(2)知勻強(qiáng)電場中電勢差和電場強(qiáng)度的關(guān)系為UAB＝___________或E＝___________.,qEd,qUAB,Ed,UAB/d,2．適用情況 ___________電場． 3．d的意義 d為沿___________方向兩點(diǎn)間的距離． [判一判] 1.(1)公式UAB＝Ed中的d為電場中兩點(diǎn)間的距離． ( ) (2)電場強(qiáng)度E與電勢差UAB成正比，與兩點(diǎn)沿電場方向的距離d成反比．( ) 提示：(1)× (2)× 二、電場強(qiáng)度的另一種求法 勻強(qiáng)電場場強(qiáng)公式：E＝UAB/d.,勻強(qiáng),電場,1．意義 在勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度的大小等于兩點(diǎn)間的_________與這兩點(diǎn)____________________的比值． 2．電場強(qiáng)度的另一種表述 電場強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿___________方向每單位距離上______________． 3．場強(qiáng)的另一個單位 由E＝可導(dǎo)出場強(qiáng)的另一個單位，即___________，符號為___________.1___________＝1 N/C.,電勢差,沿電場方向的距離,電場,降低的電勢,伏特每米,V/m,V/m,[想一想] 2.公式E＝UAB/d是在勻強(qiáng)電場中得到的，在非勻強(qiáng)電場中能否適用？,對公式E＝U/d的理解,2．在應(yīng)用時，可把公式UAB＝Ed簡化為U＝Ed，即只是把兩點(diǎn)間的電勢差大小、場強(qiáng)大小通過公式聯(lián)系起來，至于電勢差的正負(fù)、電場強(qiáng)度的方向再根據(jù)題意另作判斷，這樣處理可以避免引起不必要的混淆．,平行的帶電金屬板A、B間是勻強(qiáng)電場，如圖所示，兩板間距離是5 cm，兩板間的電壓是60 V．問： (1)兩板間的場強(qiáng)是多大？ (2)電場中有P1和P2兩點(diǎn)，P1點(diǎn)離A板0.5 cm，P2點(diǎn)離B板也是0.5 cm，P1和P2兩點(diǎn)間的電勢差多大？ (3)若B板接地，P1和P2兩點(diǎn)的電勢各是多少伏？ [思路探究] ①P1、P2兩點(diǎn)間沿電場線方向的距離多大？ ②若B板接地，P1與B板的電勢差與P1的電勢相等嗎？,[答案] (1)1.2×103 V/m (2)48 V (3)54 V 6 V,應(yīng)用U＝Ed求兩點(diǎn)間的電勢差，一定要正確理解“d”是兩點(diǎn)間沿電場方向的距離．而求某點(diǎn)的電勢，我們是通過求這點(diǎn)與電勢零點(diǎn)的電勢差實現(xiàn)的，由U＝Ed計算其數(shù)值，電勢的正負(fù)由該點(diǎn)與電勢零點(diǎn)的電勢高低比較而定．,1. 如圖所示為一組未知方向的勻強(qiáng)電場的電場線，把電荷量為1×10－6 C的負(fù)電荷從A點(diǎn)沿水平線移至B點(diǎn)，靜電力做了 2×10－6 J的功，A、B間的距離為2 cm，則A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB＝________，電場強(qiáng)度的大小E＝____________，若B點(diǎn)電勢為1 V，則電子處于A點(diǎn)時，具有的電勢能Ep＝_______.,－2 V,2×102 N/C,1 eV,1．三個場強(qiáng)公式的比較,是電場強(qiáng)度大小的定義式,適用于一切電場,是真空中點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度的決定式,在真空中，場源電荷Q是點(diǎn)電荷,是勻強(qiáng)電場中電場強(qiáng)度的決定式,由F＝qE和W＝qU導(dǎo)出,勻強(qiáng)電場,2.在非勻強(qiáng)電場中，E和U也有一定的關(guān)系，但不像在勻強(qiáng)電場中的關(guān)系式那么簡單，雖然公式UAB＝Ed只適用于勻強(qiáng)電場的定量計算，但對一些非勻強(qiáng)電場的問題，也可以運(yùn)用公式進(jìn)行定性的判斷．,如圖所示，一電場的電場線分布關(guān)于y軸(沿豎直方向)對稱，O、M、N是y軸上的三個點(diǎn)，且OM＝MN.P點(diǎn)在y軸的右側(cè)，MP⊥ON.則( ) A．M點(diǎn)的電勢比P點(diǎn)的電勢高 B．將負(fù)電荷由O點(diǎn)移動到P點(diǎn)，電場力做正功 C．M、N兩點(diǎn)間的電勢差大于O、M兩點(diǎn)間的電勢差 D．在O點(diǎn)靜止釋放一帶正電粒子,該粒子將沿y軸做直線運(yùn)動,AD,[思路探究] (1)電場線與等勢面有怎樣的關(guān)系？ (2)U＝Ed能否適用于非勻強(qiáng)電場？ [解析] 由題圖和幾何關(guān)系可知M和P兩點(diǎn)不處在同一等勢線上而且有φMφP，A正確；將負(fù)電荷由O點(diǎn)移到P要克服電場力做功，即電場力做負(fù)功，B錯；根據(jù)U＝Ed，O到M的平均電場強(qiáng)度大于M到N的平均電場強(qiáng)度，所以有UOMUMN，C錯；從O點(diǎn)釋放正電子后，電場力做正功，該粒子將沿y軸做直線運(yùn)動,D正確．,一般情況下，電場線分布圖中畫出的等勢面是等差等勢面，在勻強(qiáng)電場中，因為電場強(qiáng)度處處相等，所以等差等勢面間也是等間距的．但在非勻強(qiáng)電場中，由于電場強(qiáng)度的變化，所以等差等勢面間的間距不相等．,2. 如圖所示，在某電場中畫出了三條電場線，C點(diǎn)是A、B連線的中點(diǎn)．已知A點(diǎn)的電勢為φA＝30 V，B點(diǎn)的電勢為φB＝ －10 V，則C點(diǎn)的電勢( ) A．φC＝10 V B．φC10 V C．φC10 V D．上述選項都不正確 解析：由于AC之間的電場線比CB之間的電場線密，相等距離之間的電勢差較大，所以φC10 V，答案為C.,C,1．在勻強(qiáng)電場中，沿任意一個方向上,電勢下降都是均勻的,故在同一直線上相同間距的兩點(diǎn)間電勢差相等．如果把某兩 點(diǎn)間的距離等分為n段，則每段兩端點(diǎn)的電勢差等于原電勢差的1/n倍,像這樣采用等分間距求電勢問題的方法,叫做等分法. 2．在已知電場中幾點(diǎn)的電勢時，如果要求其他點(diǎn)的電勢時，一般采用“等分法”在電場中找與待求點(diǎn)電勢相同的等勢點(diǎn).等分法也常用在畫電場線的問題． 3．在勻強(qiáng)電場中，相互平行且相等的線段兩端點(diǎn)電勢差相 等，用這一點(diǎn)可求解電勢．,等分法計算勻強(qiáng)電場中的電勢,如圖所示，虛線方框內(nèi)為一勻強(qiáng)電場區(qū)域，電場線與紙面平行，A、B、C為電場中的三個點(diǎn)，三點(diǎn)電勢分別為φA＝12 V、φB＝6 V、φC＝－6 V．試在虛線框內(nèi)作出該電場的示意圖(即畫出幾條電場線)，保留作圖時所用的輔助線．若將一個電子從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做多少電子伏的功？ [思路探究] 如何由電勢來確定電場線的方向？,[解析] 由于是勻強(qiáng)電場，根據(jù)U＝Ed可知，沿AC方向上等距離的點(diǎn)之間電勢差相等．作圖方法： (1)將A、C連接，并將其三等分，可知靠近A點(diǎn)的等分點(diǎn)D點(diǎn)與B點(diǎn)等電勢，即φD＝φB＝6 V. (2)用虛線連接BD，BD即為該電場中的等勢線 (如圖所示)． (3)沿AC方向電勢降低，故電場線方向應(yīng)垂直 于BD斜向下．因為UAB＝φA－φB＝12 V－6 V＝6 V，根據(jù)公式WAB＝qUAB，所以WAB＝eUAB＝－6 eV. [答案] 示意圖見解析 －6 eV,在勻強(qiáng)電場中，利用任何一條直線上(等勢面除外)兩點(diǎn)間的電勢差與這兩點(diǎn)間的距離成正比，而把電勢差幾等分并找出兩個等勢點(diǎn)，兩等勢點(diǎn)的連線就是等勢線，再畫出垂直等勢線的直線即為電場線．,3．(2014·黃岡高二檢測)如圖所示,圖中五點(diǎn)均在勻強(qiáng)電場中,它們剛好是一個圓的四個等分點(diǎn)和圓心．已知電場線與圓所在平面平行．下列有關(guān)圓心O和等分點(diǎn)a的電勢、電場強(qiáng)度的相關(guān)描述正確的是 ( ) A．a(chǎn)點(diǎn)的電勢為6 V B．a(chǎn)點(diǎn)的電勢為－2 V C．O點(diǎn)的場強(qiáng)方向指向a點(diǎn) D．O點(diǎn)的場強(qiáng)方向指向電勢為2 V的點(diǎn) 解析：在勻強(qiáng)電場中Uda＝Ucb得φa＝6 V，A正確B錯，a、c電勢相等，連線過O點(diǎn)且為等勢線，db⊥ac，φdφb，O點(diǎn)場強(qiáng)為O→b，D正確C錯誤．,AD,規(guī)范答題——電場強(qiáng)度和電勢差的關(guān)系 [范例] (8分)如圖所示，兩個平行金屬板AB中間為一勻強(qiáng)電場，AB相距10 cm，CD為電場中的兩點(diǎn)，CD＝8 cm，CD連線和電場方向成60°角，C點(diǎn)到A板的距離為2 cm.已知質(zhì)子從C點(diǎn)移到D點(diǎn)，電場力做功為3.2×10－17 J．(質(zhì)子帶電量為1.6×10－19 C)求： (1)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度； (2)AB兩板之間的電勢差； (3)若將A板接地，則C、D兩點(diǎn)的 電勢各為多大？,[答題模板] (1)設(shè)電場強(qiáng)度為E W＝qELCDcos 60°(1分) 電場強(qiáng)度E＝5 000 V/m(1分) (2)A、B之間的電勢差 UAB＝ELAB＝500 V(2分) (3)將A板接地，則φA＝0 UAC＝φA－φC＝ELAC＝100 V(1分) C點(diǎn)的電勢φC＝－100 V(1分) UAD＝φA－φD＝E(LAC＋LCDcos 60°)＝300 V(1分) D點(diǎn)的電勢φD＝－300 V(1分) [答案] (1)5 000 V/m (2)500 V (3)－100 V －300 V,[名師點(diǎn)評] 解決此類問題要注意公式U＝Ed中d為沿電場線方向的距離，求解電勢和電勢差時要特別注意電勢和電勢差的正負(fù)值.,