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34张ppt）

(共34张PPT)
第十章 静电场中的能量
第3节 电势差和电场强度的关系
02
03
01
U与E的关系
φ与E的关系
第3节 电势差和电场强度的关系
目录
CONTENTS
匀强电场场强E
04
新课引入：电场的两个基本性质是什么？
>
+Q
+
+
+
+
+
+
+
+
q
+
FA
q
+
FB
A
B
EPA
EPB
O
参考点
1.力的性质：
2.能的性质：
试探电荷在电场中必受力.
试探电荷在电场中拥有能.
电场
电场力F
场强E
电势差UAB
电势φ
电势能EP
第一部分
电势与场强的关系
一、φ与E的关系
EA>EB
φA>φB
φA<φB
A
B
A
B
EA>EB
1. E大φ不一定高；φ高E不一定大
思考1：判断A、B两点电势φ的高低和场强E的大小？
φA=0
EA=0
EA=
0
φA=0
思考2：以无穷远为参考点，判断A的电势φ和场强E
A
A
2. E为零,φ不一定为零；φ为零,E不一定为零
一、φ与E的关系
1. E大φ不一定高；φ高E不一定大
3.φ与E无直接关系
第二部分
电势差与场强的关系
q
E
+
E
A
B
qE
+
dAB
q
二、U与E的关系
1.推导:
UAB=
WAB
q
=
qEdAB
=EdAB
+
A
B
qE
dAB
q
LAB
UAB=
WAB
q
=
qELABcosθ
q
=ELABcosθ
=EdAB
+
θ
2.结论:
注意:①只适用于匀强电场。
UAB等于场强E乘以A、B两点沿电场方向的距离dAB。
②UAB不带正负。
③E方向是φ降低最快的方向。
二、U与E的关系
UAB等于场强E乘以A、B两点沿电场方向的距离dAB。
E
d
A
B
L
④匀强电场平行且等距的两点U相等
C
D
L
⑤非匀强电场电场线密集，
UAB
UCD
=
6v
2v
4v
φD=
UAB
UBC
>
A
B
C
L
L
1.推导:
2.结论:
注意:①只适用于匀强电场
②UAB不带正负
③E方向是φ降低最快的方向。
UAB=EdAB
d
0v
7V
5V
φ=
①
②
③
3v
φC=
4V
中点φ等于两点电势平均值
等差等势面也密集
【典例1】 如图所示，在匀强电场中，电荷量为q＝5.0×10-10C的正电荷由a点移到b点和由a点移到c点，静电力做功都是3.0×10-8J，已知a、b、c三点的连线组成了一个直角三角形，ab＝20 cm，∠a＝37°，∠c＝90°，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：
(1)a、b两点的电势差Uab；
(2)匀强电场的电场强度大小和方向。
[答案]　(1)60 V　(2)375 V/m　方向平行于ac，且由a指向c
【针对训练1】带有等量异种电荷，相距10 cm的平行板A和B之间有一匀强电场，如图，电场强度E＝2×104 V/m，方向向下。电场中C点距B板为3 cm，D点距A板为2 cm。下列说法正确的是( 　 )
A．UCD＝1 000 V
B．让B板接地，则C点的电势φC＝600 V
C．让A板接地，则D点的电势φD＝400 V
D．将一个电子从C点移到D点静电力做的功，
与将电子先从C点移到P点再移到D点静电力
做的功数值不同
B
【针对训练2】如图，A、B、C三点在匀强电场中，AC⊥BC，∠CAB＝37°，BC＝10 cm，把一个电荷量q＝1×10-5C的正电荷从A移到B，静电力不做功；从B移到C，静电力做功为-8×10-3J，则该匀强电场的电场强度大小和方向是(cos37°=0.8)(　 )
A．800 V/m，垂直AC向下
B．800 V/m，垂直AC向上
C．10 000 V/m，垂直AB斜向下
D．10 000 V/m，垂直BC斜向上
C
U=Ed
E=U/d
第三部分
匀强电场场强E
在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差。
两点间电势差与两点沿电场方向上距离的比值
E
伏每米(V/m)
三、匀强电场场强E
1.定义:
A
B
LAB
3.单位:
1V/m=1N/C
E=UAB/dAB
2.定义式:
1V/m=
E=F/q
1J/C
1m
=
1N m
1m C
=
1N/C
dAB
注意:①只适合匀强电场，
②场强E方向是φ降低最快的方向 ,
③几何等分点也是电势差等分点。
UAB
且随着距离均匀减小
x
φ
o
X
O
场强E的三个公式的区别
区别公式 物理含义 适用范围 说明
电场强度大小的 定义式 一切电场 q为试探电荷的电荷量
真空中点电荷场强的决定式 真空中，场源电荷Q是点电荷 Q为场源电荷的电荷量
匀强电场中场强的 定义式 匀强电场 d为沿电场方向的距离
【典例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＝－50 V，φb＝－20 V，则a、b连线的中点c的电势应为(　 )
A．φc＝－35 V　　　
B．φc＞－35 V
C．φc＜－35 V
D．无法判断
B
【针对训练1】(多选)图中虚线为一组间距相等的同心圆，圆心处固定一带正电的点电荷。一带电粒子以一定初速度射入电场，实线为粒子仅在静电力作用下的运动轨迹，a、b、c三点是实线与虚线的交点。则该粒子( 　 )
A．带负电
B．在c点受力最大
C．在b点的电势能大于在c点的电势能
D．由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化
CD
【针对训练2】 (多选)如图所示，一电场的电场线分布关于y轴(沿竖直方向)对称，O、M、N是y轴上的三个点，且OM＝MN。P点在y轴右侧，MP⊥ON。
则下列说法正确的是( 　 )
A．M点的电势比P点的电势高
B．将负点电荷由O点移动到P点，静电力做正功
C．M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差
D．M、N两点间的电势差小于O、M两点间的电势差
AD
【典例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2.5V/cm
B．坐标原点处的电势为1V
C．电子在a点的电势能比在b点的低7eV
D．电子从b点运动到c点，静电力做功为9eV
ABD
【针对训练1】A、B、C是匀强电场中的三个点，各点电势φA＝10 V，φB＝2 V，φC＝6 V，A、B、C三个点在同一平面上，图中电场强度的方向表示正确的是(　 )
D
【针对训练2】如图所示，A、B、C、D是匀强电场中一个以坐标原点为圆心、半径为1 m的圆与两坐标轴的交点，已知A、B、D三点的电势分别为φA＝3 V、φB＝－2 V、φD＝8 V，由此可知电场强度的大小为(　 )
A．4 V/m　　　　　　
B．5 V/m
C．6 V/m
D．7 V/m
B
课堂小结
A
B
A
B
2. E为零,φ不一定为零；φ为零,E不一定为零
1. E大φ不一定高；φ高E不一定大
3.φ与E无直接关系
④匀强电场平行且等距的两点U相等
⑤非匀强电场电场线密集，
①只适用于匀强电场
②UAB不带正负
③E方向是φ降低最快的方向。
中点φ等于两点电势平均和
等差等势面也密集
E
d
A
B
L
C
D
L
UAB
UCD
=
6v
2v
4v
φD=
d
0v
φC=
4V
在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差。
①只适合匀强电场，
②场强E方向是φ降低最快的方向 ,
③几何等分点也是电势差等分点。
且随着距离均匀减小
x
φ
o
E
A
N
P
M
无特定关系
U=Ed
E=U/d
【练习1】医生用心电图检查仪为一位身高1.8 m的运动员体检，她把电极吸在身体5个不同的位置，如图所示。如果人体从头往脚的方向构成匀强电场，其中有两个点的电势差最大，约为500 μV，则电场强度约为(　 )
A．278 μV/m
B．500 μV/m
C．1 000 μV/m
D．1 250 μV/m
B
课堂练习
【练习2】在水平地面上放一块长方形的铁块，在它O点正上方固定一正点电荷Q，长方形的铁块MN上A、B、O、C、D间距相等，则正点电荷Q在各点产生的场强E，在长方形的铁块MN上各点的电势φ、各点间的电势差U以下说法正确的是（　　）
A．φ0>φA>φB
B．E0>EB>EA
C．UAB>UB0>UOC>UCD
D．MN上表面不带电
B
课堂练习
【练习3】一种电场的某条电场线与x轴重合，其场强大小E与坐标x的关系如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．此电场是匀强电场
B．由图像可以直接看出场强大小随x均匀增大
C．图像的斜率表示电场的电势
D．x1与x2之间的电势差等于阴影部分的面积
D
课堂练习
【练习4】高压电线落地可能导致行人跨步电压触电。如图所示，若高压输电线掉落在水平地面上的O点，且O点附近地质结构分布均匀，将在地面形成以O为圆心的一系列同心圆等势线。则（　　）
A．图中A点的电场强度小于B点的电场强度
B．图中A点的电场强度大于B点的电场强度
C．行人无论向哪个方向跨步，两脚间距离越大跨步电压越大
D．行人无论向哪个方向跨步，两脚间距离越大跨步电压越小
A
课堂练习
【练习5】（多选）如图所示为电子束焊接机，图中带箭头的虚线代表电场线，B、C是电场中两点。K为阴极，A为阳极，两极之间的距离为d，在两极之间加上高压U，有一电子在K极由静止被加速。不考虑电子重力，元电荷为e，则下列说法正确的是（　　）
A．A、K之间的电场强度均为U/d
B．B点电势低于C点电势
C．B点电场强度大于C点电场强度
D．电子由K到A的电势能减少了eU
BD
课堂练习
【练习6】（多选）如图所示，在匀强电场中有边长为5cm的等边三角形ABC，三角形所在平面与匀强电场的电场线平行。O点为该三角形的中心，D、E、F分别为AC、AB和BC边的中点。三角形各顶点的电势分别为φA=4V、φB=8V、φC=12V，下列说法正确的是（　 　）
A．O点电势为10V
B．匀强电场的场强大小为160V/m，方向由C指向A
C．将电子由F点移到C点，电子的电势能减少了2eV
D．在三角形ABC内切圆的圆周上，E点电势最低
BC
课堂练习
【练习7】如图所示，一电场的电场线分布关于y轴(沿竖直方向)对称，O、M、N是y轴上的三个点，且OM＝MN.P点在y轴的右侧，MP⊥ON.则( 　　)
A．M点的电势比P点的电势高
B．将负电荷由O点移动到P点，电场力做正功
C．M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差
D．在O点静止释放一带正电粒子,
该粒子将沿y轴做直线运动
AD
-
+
课堂练习
【练习8】如图所示，在某电场中画出了三条电场线，C点是A、B连线的中点．已知A点的电势为φA＝30 V，B点的电势为φB＝－10 V，则C点的电势(　 )
A．φC＝10 V
B．φC>10 V
C．φC<10 V
D．上述选项都不正确
C
U=
Ed
课堂练习
【练习9】如图所示,图中五点均在匀强电场中,它们刚好是一个圆的四个等分点和圆心．已知电场线与圆所在平面平行．下列有关圆心O和等分点a的电势、电场强度的相关描述正确的是 ( 　　)
A.a点的电势为6 V
B.a点的电势为－2 V
C.O点的场强方向指向a点
D.O点的场强方向指向电势为2V的点
AD
6v
课堂练习
0.05
d
【练习10】平行的带电金属板A、B间是匀强电场，如图所示，两板间距离是5cm，两板间的电压是60 V．问：
(1)两板间的场强是多大？
(2)电场中有P1和P2两点，P1点离A板0.5 cm，
P2点离B板也是0.5 cm，P1和P2两点间的电势差多大？
(3)若B板接地，P1和P2两点的电势各是多少伏？
+
+
+
+
-
-
-
-
解:（1）
=
E=
U
60
=1200
v/m
（2）
U12=
Ed12
=
1200×
0.04
=48V
（3）
φ1=
U1B=
Ed1B
=
1200×
0.045
=54V
φ2=
U2B=
Ed2B
=
1200×
0.005
=6V
课堂练习
-e
【练习11】如图所示，虚线方框内为一匀强电场区域，电场线与纸面平行，A、B、C为电场中的三个点，三点电势分别为φA＝12V、φB＝6V、φC＝－6V．试在虚线框内作出该电场的示意图(即画出几条电场线)，保留作图时所用的辅助线．若将一个电子从A点移到B点，电场力做多少电子伏的功？
12V
6V
－6V
6V
0V
UAB
=
解：WAB
=
-6ev
课堂练习
【练习12】如图所示为一组未知方向的匀强电场的电场线，把电荷量为1×10－6 C的负电荷从A点沿水平线移至B点，静电力做了2×10－6J的功，A、B间的距离为2 cm，则A、B两点间的电势差UAB＝_____，电场强度的大小E＝___________，若B点电势为1 V，则电子处于A点时，具有的电势能Ep＝___eV.
-2 V
2×102 N/C
1
UAB=
q
WAB
E=
U
d
d
2×10-6
-1×10-6
=
=
2
0.01
φA=
-1v
Ep/q
φA=
课堂练习