物理人教版2019必修第三册10.3电势差与电场强度的关系(共25张ppt)

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名称 物理人教版2019必修第三册10.3电势差与电场强度的关系(共25张ppt)
格式 pptx
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-08-22 20:29:00

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(共25张PPT)
10.3电势差与电场强度的关系
第十章
静电场中的能量
如果只画出带电体空间分布的电场线和等势面的剖面图,等势面就成了等势线。图中每相邻两条等势线之间的电势差是相等的。电场线密的地方等势线也密,电场线稀疏的地方等势线也稀疏。这是为什么呢?
一、匀强电场电势差与电场强度的关系
如图是一匀强电场,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之间相距为d,现将一个电量为q的电荷由A移到B,你可以用几种方法计算电场力所做的功?
从力的角度:
从能的角度:
则有:
(d为A、B两点沿场强方向上的距离)
匀强电场中,两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。
在上面的讨论中,如果A、B两点不在同一条电场线上,还能得出以上结论吗?请尝试进行论证。
从力的角度:
从能的角度:
(d为A、B两点沿场强方向上的距离)
UAB = E dAB
一、匀强电场电势差与电场强度的关系
UAB = E dAB
⑴只适用于匀强电场
思考:计算时带符号吗?
⑵dAB ----沿场强方向上的距离
⑶电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势.
⑷电场强度单位:伏每米(V/m) 1V/m=1N/C
真空中平行金属板M、N之间的距离d为0.04m,有一个2×10 kg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。
⑴求带电粒子所受的静电力的大小。
⑵求带电粒子从M板由静止开始运动到达N板时的速度。
解析:
⑴两金属板间的电场强度
带电粒子所受的静电力F = qE
⑵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
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,
真空中平行金属板M、N之间的距离d为0.04m,有一个2×10 kg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。
⑶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 ⑴⑵的答案又如何
解析:
⑶当d"=2d时,
带电粒子所受的静电力的大小是4×10-11 N,到达N板时的速度是40 m/s;两金属板距离增大为原来的2倍时,静电力的大小是2×10-11 N,速度仍然是40 m/s。
二、几个重要的推论
E
A

C
AB=BC
θ
UAB=UBC
在匀强电场中任意一条直线上,任意相等距离的两点间的电势差相等(电势均匀变化)。
在匀强电场中,两条平行线段上相等距离的两点间的电势差相等。
E
A

C
D
AB//CD且AB=CD=L
UAB =UCD
二、几个重要的推论
E
B
A
O
如图所示,AB为匀强电场中的两点,O为AB连线的中点,试推导出O点的电势与A、B两点的电势之间的关系。
N
M
在匀强电场中任意两点连线中点的电势等于这两点电势之和的一半。
做出如图所示的辅助线, 与 在一个
等势面上, 与 在一个等势面上,则
二、几个重要的推论
如图所示,AB为匀强电场中的两点,如果O1、 O2 、 O3 … On为AB连线的n等分点,那么O1、 O2 、 O3 … On 是否也是A、B间电势差的n等分点?
在匀强电场中任意两点的连线的n等分点也将这两点间的电势差n等分。(几何等分点也是电势差等分点)
如图,图中虚线为等势线,B、C、D三点位于同一等势线上。电势沿AB、AC、AD三条线哪一个降落最快?
二、几个重要的推论
E
A
B
D
C
电场强度方向指向电势降落最快的方向!
电势降低同样的大小经AB这条线通过的距离最短,因此电势沿AB降落最快。这里的快指的是通过的距离短。电势降落最快的方向由A到B,就是电场强度的方向。
UAB=UAC=UAD
线段长度AB二、几个重要的推论
电势对空间位置的变化率
速度对时间的变化率
类比
a=
加速度
描述速度随时间变化的快慢
电场强度
电势随空间位置变化的快慢
a一定,速度随时间均匀变化——匀加速运动。
一定,电势随空间位置均匀变化——匀强电场
v—t图像上切线的斜率
—图像上切线的斜率
—图像上切线的斜率表示电场强度
v等于a—t图像所包围的面积
等于—图像所包围的面积
等于 —图像所包围的面积
三、几—图像
正点电荷φ-x图像
1、点电荷电场φ-x图像:
负点电荷φ-x图像:
三、几—图像
2、等量异种电荷点电荷连线上φ-x图像:
从正电荷到负电荷电势逐渐降低
三、几—图像
3、等量同种正点电荷φ-x图像:
连线上的φ-x图像
中垂线上的φ-x图像
电场力
电场强度
电势差
电势
电势能
电场力的功
电场力做功与路径无关
适用于匀强电场
【例题1】如图所示,A、B、C 、D为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15V、3V、-3V求D点的电势。
A
B
C
D
15V
3V
O
法一:利用各点与O点的电势关系
解析:
【例题1】如图所示,A、B、C 、D为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15V、3V、-3V求D点的电势。
解析:
A
B
C
D
15V
-3V
3V
M
N
9V
3V
【例题2】如图所示,在某电场中画出了四条电场线,C、D两点是AB连线的三等分点。已知A点的电势为φA=30 V,B点的电势为φB=0,则(  )
A.C点的电势=20 V
B.C点的电势<20 V
C.C点的电势>20 V
D.A、B、C都不正确
解析:
B
由题图看出,AC段电场线比CD段、DB段电场线密,则AC段电场强度最大,根据公式U=Ed可以知道,A、C间电势差UAC大于C、D间电势差UCD和D、B间电势差UDB。所以UAC>UAB=(φA-φB)=10 V,即(φA-φC)>10 V,又φA=30 V,可以知道φC<20 V。所以B选项是正确的。
【例题3】(多选)如图甲所示为电场中的一条电场线,在电场线上建立坐标轴,则坐标轴上0~x2间各点的电势分布如图乙所示,则(  )
A.在O~x2间,场强先减小后增大
B.在O~x2间,场强方向没有发生变化
C.若一负电荷从O点运动到x2点,电势能逐渐减小
D.从O点静止释放一仅受电场力作用的正电荷,则该电荷在O~x2间一直做加速运动
解析:
BD
φ-x图象的斜率大小表示电场强度,由几何知识得知,在O~x2间,图象的斜率先增大后减小,则场强先增大后减小,故选项A错误;在O~x2间,电势一直降低,根据沿着电场线方向电势降低可知,场强方向没有发生变化,故选项B正确;由图可看出,从O点到x2点,电势逐渐降低,若一负电荷从O点运动到x2点,电场力做负功,则其电势能逐渐增大,故选项C错误;在O~x2间,电场方向沿x轴正方向,则从O点静止释放一仅受电场力作用的正电荷,该电荷受到的电场力方向沿x轴正方向,将做加速运动,故选项D正确.
【例题4】空间有一沿x轴对称分布的电场,其电场强度E随x变化的图象如图所示.下列说法正确的是(  )
A.O点的电势最低
B.x2点的电势最高
C.x1和-x1两点的电势相等
D.x1和x3两点的电势相等
解析:
C
从O点开始无论沿x轴的正方向还是负方向,位移方向与电场方向相同,电势都降低,所以O点的电势最高,选项A错误;由O点到x2点,电势降低,选项B错误;x1和-x1两点之间,图象与x轴围成的面积为零,代表两点之间的电势差为零,选项C正确;由x1点到x3点,电势降低,选项D错误.
1、关于静电场,下列说法正确的是(  )
A.电场强度为0的地方,电势也为0
B.任一点的电场强度方向总是指向该点电势降落最快的方向
C.电场线越密的地方相等距离两点的电势差越大
D.根据公式Uab=Ed可知,在匀强电场中a、b间的距离越大,电势差就越大
电场强度与电势没有直接关系,电场强度为0时,电势不一定为0;电势为0,电场强度不一定为0,故A错误;顺着电场线方向电势降低,电场强度的方向是电势降低最快的方向,故B正确;电场线越密的地方电场强度大,但是若两点间不沿电场线,则电势差不一定越大,故C错误;公式Uab=Ed中d为沿电场线的距离,若a、b两点不沿电场线,则两点间距离越大电势差不一定越大,故D错误。
B
2、(多选)在场强E=1.0×102 V/m的匀强电场中,有相距d=2.0×10-2m的a、b两点,则a、b两点间的电势差可能为(  )
A.1.0 V   B.2.0 V  
C.3.0 V   D.4.0 V
若a、b两点在同一条电场线上,两点间的电势差最大,U=Ed=2.0 V,若a、b两点在等势面上,两点间的电势差为零,a、b两点间的电势差范围为-2.0 V≤Uab≤2.0 V,选项A、B正确.
AB
3、(多选)一匀强电场的方向平行于xOy平面,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、17 V、26 V.下列说法正确的是(   )
A.电场强度的大小为2.5 V/cm
B.坐标原点处的电势为1 V
C.电子在a点的电势能比在b点的低7 eV
D.电子从b点运动到c点,电场力做功为9 eV
ABD
ac垂直于bc,沿ca和cb两方向的场强分量大小分别为Ex==2 V/cm,Ey==1.5 V/cm,根据矢量合成可知E=2.5 V/cm,选项A正确;根据在匀强电场中平行线上等距同向的两点间电势差相等,有φo-φa=φb-φc,得φo=1 V,选项B正确;由于电子在a、b、c三点的电势能分别为-10 eV,-17 eV和-26 eV,故电子在a点的电势能比在b点的高7 eV,选项C错误;电子从b点运动到c点,电场力做功W=(-17 eV)-(-26 eV)=9 eV,选项D正确.
4、(多选)在x轴上有两个点电荷q1、 q2,其静电场的电势φ在x轴上分布如图所示.下列说法正确的有(  )
A.q1和q2带有异种电荷
B.x1处的电场强度为零
C.负电荷从x1移到x2,电势能减小
D.负电荷从x1移到x2,受到的电场力增大
无穷远处电势为零,且空间中电势有正有负,所以q1、q2带异种电荷,选项A正确;在φ-x图象中,图象切线的斜率表示电场强度,则x1处的电场强度不为零,选项B错误;且有x1到x2电场强度逐渐减小,负电荷受到的电场力逐渐减小,选项D错误;由Ep=qφ可知,负电荷在电势高处的电势能小,负电荷从x1移到x2,电势能减小,选项C正确.
AC