新教材高中物理第10章静电场中的能量3电势差与电场强度的关系课件新人教版必修第三册（58张PPT）

(共58张PPT)
第十章　静电场中的能量
3．电势差与电场强度的关系
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
【学习目标】
【思维脉络】
课前预习反馈
1．关系式
UAB＝_____或E＝_____。
2．物理意义
匀强电场中两点间的电势差等于________________与这两点_____________________的乘积。
3．适用条件
只适用于_______电场。
知识点 1
匀强电场中电势差与电场强度的关系
Ed　
电场强度　
沿电场方向的距离　
匀强　
1．表达式
________。
2．物理意义
在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的_________与两点沿_______________距离的比值。
知识点 2
电场强度与电势差关系的另一种表述
电势差　
电场强度方向　
伏每米(V/m)　
匀强电场　
预习自测
『判一判』
(1)公式U＝Ed适用于所有的电场。 (　　)
(2)由U＝Ed可知，匀强电场中两点的电势差与这两点的距离成正比。 (　　)
(3)沿电场线方向电势降落得最快。 (　　)
×　
×　
√　
×　
(5)电场强度的两个单位 N/C和V/m是完全等价的。 (　　)
(6)匀强电场的电场强度大小等于沿电场方向每单位长度上的电势差值。 (　　)
√　
√　
『选一选』
(多选)(2021·山东省济南外国语学校高二下学期期中)如图所示，实线为电场线，虚线为等势线，且AB＝BC，电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为φA、 φB 、 φC ，AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC，则下列关系中正确的有 (　　)
A．φA＞φB ＞φC　
B．EC＞EB＞EA
C．UAB＜UBC　
D．UAB＝UBC
ABC　
解析：电势沿电场线方向降低，所以A对；由电场线的疏密程度，可判定B项正确；由等势线的疏密程度根据U＝Ed可判断C项正确。
『想一想』
安全用电常识中，有一个涉及“跨步电压”现象的问题，你知道什么是“跨步电压”吗？如果遇到地面有漏电，应该如何避免“跨步电压”？
解析：地下电缆漏电、高压电线断裂后触地等情况，都会在地面上形成以漏电处为圆心的辐射状电场，沿电场方向任意两点之间就会有电势差。若有人处在其中，在人沿远离漏电处跨步逃离的情况下，两脚间就有一电压，即跨步电压，人就会触电。人若不动就不会触电，若要逃离的话，就要采用袋鼠式走动的方式，即用跳跃的方式逃离，就可以避免“跨步电压”。
课内互动探究
如图是初中地理中的等高线图(图中数字的单位是 m)，
请同学们结合如图探究以下几个问题：
电势差与电场强度的关系
情景导入
探究
一
(1)小山坡的左边a和右边b哪一边的地势更陡些？
(2)如果把一个球从山坡左、右两边滚下(不考虑摩擦)，哪边的加速度更大？
(3)现在把图看成是描述电势高低的等势线，图中数字的单位是V，a和b哪一边电势降落得快？哪一边的电场强度大？
提示：(1)b　(2)b　(3)b，b
1．匀强电场中电场强度和电势差的关系：
(1)定性分析：电势和电场强度都是描述电场性质的物理量，都由电场本身决定，但这两个物理量之间无直接关系，电场强度是从力的角度描述电场性质的物理量，是矢量；而电势则是从能量角度来描述电场性质的物理量，是标量。但是它们又有着定量的联系。
要点提炼
2．电场强度E与电势差U的比较
物理量 比较内容 电场强度E 电势差U
引入意义 描述电场力的性质 描述电场能的性质
正负或方向 是矢量，正电荷受力方向为E的方向 虽有正负，但是标量，正负表示两点电势高低
联系 (1)对于匀强电场E＝U/d (2)U和E是描述电场性质的物理量，大小取决于电场本身，与F、q、W无关 3．电场强度三个公式的对比
特别提醒
(2021·黑龙江省双鸭山市一中高二上学期月考)如图所示的匀强电场中，有a、b、c三点，ab＝5 cm，bc＝12 cm，其中ab沿电场线方向，bc和电场线方向成60°角，一个电荷量为q＝4×10－8 C的正电荷从a移到b电场力做功为W1＝1.2×10－7 J。求：
(1)匀强电场的电场强度E。
(2)电荷从b移到c，电场力做的功W2。
(3)a、c两点间的电势差Uac。
典例1
典例剖析
答案：(1)60 V/m　(2)1.44×10－7 J　(3)6.6 V
1．在水深超过200 m的深海，光线极少，能见度极小。有一种电鳗具有特殊的适应性，能通过自身发出生物电，获得食物，威胁敌害，保护自己。若该电鳗的头尾相当于两个电极，它在海水中产生的电场强度达104 V/m，可击昏敌害，电鳗在某次捕食时头尾间距为50 cm(如图)，则电鳗在放电时产生的瞬间电压为 (　　)
A．10 V　 B．500 V
C．5 000 V　 D．10 000 V
对点训练
C　
情景导入
探究
二
要点提炼
如图所示的实线为电场线，虚线为等势线，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φc应为
(　　)
A．φc＝－35 V
B．φc>－35 V
C．φc<－35 V
D．条件不足，无法判断φc的范围
典例 2
典例剖析
B　
思路引导：①认为c点是a、b连线的中点，则φc＝－35 V，而错选A。出错原因是不明确题中所给电场为非匀强电场；
②此题是讨论电势的降低与电场强度的关系，而电场强度的大小是通过电场线的疏密表示的，由此判断bc间的电势降低比ca间的电势降低慢。因为电场中电势为负值，容易错选C项。
解析：由图可知，这是一个非匀强电场，且Eb－35 V，因而选项B正确。
2．(多选)(2021·山西太原五中高二上月考)如图所示为某一电场的电场线和等势面。已知φa＝5 V，φc＝3 V，ab＝bc，b点电势为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|
对点训练
BD　
核心素养提升
一、电势与电场强度没有必然联系
2．电场强度大的点电势不一定高，电势高的点电场强度也不一定大。
3．电场强度为零的点，电势不一定为零，电势为零的点，电场强度也不一定为零。
4．电场强度与电势并非毫无关系，电场强度的大小反映着电势随空间位置变化的快慢。
在如图点电荷的电场中，比较A点与B点，C点与D点场强大小，电势高低及UOA与UAB、UOC与UCD的大小。

解析：EA>EB，φA>φB，UOA>UAB；EC>ED，φC<φD，UOC>UOD。
案例 1
二、匀强电场的特点及两个推论
(2)在匀强电场中，长度相等且相互平行的两线段端点间的电势差相等，如图乙所示，则UAB＝UDC(或φA－φB＝φD－φC)，同理可知：UAD＝UBC。
如图所示，ABCD是匀强电场中一正方形的四个顶点，已知A、B、C三点的电势分别是φA＝15 V，φB＝3 V，φC＝－3 V，由此可以推断D点电势φD是多少伏？
解析：由匀强电场的特点知，在匀强电场中，相互平行且相等的线段两端点的电势差相等。故有
UAB＝UDC＝φA－φB＝φD－φC，
所以φD＝9 V。
答案：9 V
案例 2
三、根据电势图像分析电场强度
2．φ－x图像：图乙表示电场场强不变，图丙表示随x的增大电场强度逐渐减小。
【注意】电场强度方向不与x轴平行时，图线斜率表示的是电场强度在x轴方向的分量。
两个等量点电荷位于x轴上，它们在静电场中的电势φ随位置x的变化规律如图所示(只画出了部分区域内的电势)，x轴上有B、C两点，且OB>OC，由图可知 (　　)
A．C点的电势低于B点的电势
B．B点的场强大小大于C点的场强大小，B、C两点处电场方向相同
C．正电荷可以在x轴上B、C之间的某两点做往
复运动
D．负电荷沿x轴从B移到C的过程中电场力先做
正功后做负功
案例 3
B　
课堂达标检测
1．(2021·山东省青州二中)下列关于匀强电场中电场强度和电势差的关系的说法中，正确的是 (　　)
A．任意两点之间的电势差，等于电场强度和这两点间距离的乘积
B．在任何方向上，若两点间的距离相等，则它们之间的电势差就相等
C．沿着电场线方向，任何相等距离上的电势降低量必定相等
D．电势降落的方向必定是电场强度的方向
C　
解析：根据公式U＝Ed可知，两点间的电势差等于场强和这两点间在电场线方向上距离的乘积，故A错误；根据公式U＝Ed可知，沿电场线方向包括同一直线方向，距离相同，电势差相同。故C正确，B错误；电势降低最快的方向才是电场强度方向，故D错误。故选C。
2．(多选)(2021·海南高一下期末)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．水平向左　
B．水平向右
C．E＝100 V/m　
D．E＝200 V/m
AC　
AD　
解析：由匀强电场中，平行且相等的线段间电势差相等，故φD＝φB＝4.5V，DB为等势面，故A正确，B错误；电场方向和等势线垂直，顺电场线方向电势降低，所以场强方向沿AC，计算AC长度为3 cm，AC电势差为9 V，得出匀强电场场强大小为9V/3 cm＝300 V/m，故C错误，D正确。
4．(2021·湖北省沙市中学高二上学期期末)如图所示，在匀强电场中，有A、B两点，它们间距为2 cm，两点的连线与场强方向成60°角。将一个不知道电荷性质，电量为2×10－5 C的电荷由A移到B，其电势能增加了0.2 J。求：
(1)判断电荷带正电还是负电，由A到B电场力做的功WAB。
(2)A、B两点的电势差UAB为多少。
(3)匀强电场的场强的大小。
答案：(1)带负电　－0.2 J　(2)104 V　(3)106 V/m