教科版高二物理选修3-1第一章 第5节 匀强电场中电势差和电场强度的关系（共20张PPT）

(共20张PPT)
第五节 匀强电场中电势差和电场强度的关系
电场的两大性质：
①力的性质：
②能的性质：
由电场强度描述
可用电场线形象表示
由电势、电势差描述
可用等势面形象表示
问题：描述电场两大性质的物理量之间有什么关系呢？
电场力（F=qE)
电场强度（E）
移动电荷q做功(是否到零参考点)
电势能的变化(WAB=qUAB)
电势差（UAB= ）
电势
看知识结构图
理解掌握几个物理概念：
电场强度、电场线、电势、电势差、
电场力做功与电势能的转化关系、等势面（线）的特点
两点间的 电能=>其它形式能的物理量
描述能性质
描述电场力性质
到零参考点定义:某点电势
不到零参考点定义两点间的电势差
电势差和E存在怎样的关系就是这一节课所要研究的课题
功<=>能
一、探究电势与电场强度的关系
问题1：电场强度大的地方电势是否一定高？反之又如何呢？
E大处φ一定高
E大处φ一定低
E大处φ不一定高；φ高处E不一定大
一、探究电势与电场强度的关系
E大处φ不一定高；φ高处E也不一定大
问题2：电场强度为零的点电势一定为零吗？反之又如何呢？
（若规定无穷远处为零电势点 ）
对O点：E=0，φ ≠0
.O
对O点：φ =0，E ≠0
E为零处φ不一定为零，φ为零处E不一定为零
如图：表示某一匀强电场的等势面和电场线。
沿场强方向把正电荷q由A点移动到B点 ，设A、B两点间的距离为d，
电势差为U，场强为E。则电场力所做的功：
从力的角度： Ｗ= Fd = qEd ①
从能的角度： Ｗ= qU ②
由 ① ② 两式得: U = Ed 　
电势差与电场强度的关系 （通过下面的例子来推算）
问题一、若沿场强方向移动电荷
结论：在匀强电场中，
沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积
表达式：U = Ed 或：E = U/d（d为沿场强方向上的距离）
在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差
注意：U = Ed和E = U/d的适用条件是：
（1）匀强电场 （2）d是沿场强方向的两点间的距离。
单位关系：1V/m =1N/C 公式： E = U/d、E=F/q 公式<=>单位
如图，在匀强电场E中，有相距为L的A、B两点，两点连线与场强方向成α角。则A、B两点间的电势差为U = EL，对不对？
把正电荷q不是沿场强方向由A点移动到B点，
则电场力所做的功：
从力的角度：
ＷAB = FLcosα
从能的角度：
ＷAB = qUAB
由上两式得：
[解析] A、B两点连线L不沿场强方向，
不能直接用U = EL计算A、B两点间的电势差。
[说明] 根据电场线跟等势面垂直这一性质，可过B点作一等势面，在等势面上找一点Bˊ，使A、Bˊ的连线沿场强方向。 B、Bˊ的电势相等
∴ UAB=U ABˊ = E dE
∴ UAB = ELcosα= E dE　或 　E = UAB／ dE
问题二、若不沿场强方向移动电荷？
= qELcosα
UAB = ELcosα (Lcosα为沿场强方向上的距离)
由上推导得出一个总结论：
电势差和电场强度的关系（３种说法）
（1）在匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两个点沿电场方向距离的乘积．
（2）在匀强电场中电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的比值　
（3）电场强度在数值上＝沿电场方向每单位距离上降低的电势．
E = UAB／d
UAB = E d
[说明]电场中两点间的电势差，
　类同于重力场中两点间的高度差：
高度差Δh 跟物体运动的路径无关，
　只与A、B的位置有关
问题讨论：
答：场强E的方向是电势降落最快的方向。

问题3：电场中A、B两点的电势差UAB跟移动电荷的路径有关吗？
答：电势差UAB 跟移动电荷的路径无关，只与A、B的位置有关。
问题4： 单位长度内，沿AB、 ABˊ 两个方向，哪个电势降落的快？
应用：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。
证明1V/m=1N/C
------- ============ ----------- =======


---------- ==== ------
1伏
1米
U=W/q
1焦/库
1米
W=FS
1牛米
1库米
1牛
1库
问题5：非匀强电场中，等差等势面之间的距离相等吗？
结论：
答:不相等
等差等势面密处场强大，等势面疏处场强小
请定性地画出电势差相等的二个等势面。
哪两个等势面是否在相邻等势面的中间?
在匀强电场中，两点间的电势差和电场强度的关系为
电势差=电场强度与这两个点沿电场方向距离的乘积．
　　　UAB = E d 或 E = UAB／d
结论 ： 注意：(d为沿场强方向上的距离）
1、电势差UAB 跟移动电荷的路径无关，只与A、B的
位置有关。
2、场强E的方向是电势降落最快的方向。
3、应用：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。
4、在非匀强电场中，等差等势面之间的距离不相等
等差等势面密处场强大，等势面疏处场强小。
电场强度己学过三个公式有什么区别呢?
小 结
3．电场强度三个公式的区别：
区别
公式
公式含义
适用范围
是电场强度的定义式
任意电场
是真空中点电荷电场的场强计算公式
真空中点电荷电场
是匀强电场的场强的计算公式 （d为沿场强方向的距离）
匀强电场




巩固训练
1.一个点电荷，从静电场中的a点移到b点，其电势能的变化为零，则 [ ]
A．a、b两点的场强一定相等
B．该点电荷一定沿等势面移动
C．作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的
D．a、b两点的电势一定相等
D
巩固训练
2.图1中实线条是一个电场中的电场线，虚线是一个负试验电荷在这个电场中运动的轨迹。如果电荷是从图中a处运动到b处，则以下判断中正确的是 [ ]
A．电荷从a到b，运动的加速度变小
B．电荷在b处的电势能大
C．b处的电势高
D．电荷在b处的速度小
BD
巩固训练
3.如图1所示，q1和q2为两静止的等量异号电荷，MN是电荷连线的中垂线。一带电粒子在电场力作用下运动到MN上一点P时的速度为v0，方向指向两电荷连线的中点O。经很短的时间，粒子速度为v，则有 [ ]
A．v＜v0
B．v=v0
C．v＞v0
D．无法确定
C
巩固训练
4.图中A．B、C三点都在匀强电场中，已知AC⊥BC，∠ABC=60°，BC=20cm．把一个电量q=10－5C的正电荷从A移到B，电场力做功为零；从B移到C，电场力做功为－1.73×10－3J，则该匀强电场的场强大小和方向是 [ ]
A．865V／m，垂直AC向左
B．865V／m，垂直 AC向右
C．1000V／m，垂直 AB斜向上
D．1000V／m，垂直 AB斜向下
D
巩固训练
5.如图1所示，地面上方有匀强电场，取场中一点O为圆心在竖直面内作半径R=0.1m的圆，圆平面与电场方向平行。在O点固定电量Q=5×10-4C的正点电荷，将质量为m=3g，电量q=2×10-10C的带电小球放在圆周上的a点时，它恰好静止。若让带电小球从a点缓慢移至圆周最高点b时，外力需做多少功？
W外=9×10-3J
巩固训练
6. 一个10-5C的电荷从电场外移到电场内一点A，外力克服电场力做功0.006J，则A点电势为多少？如果此电荷从电场外移到电场内另一点B时，电场力做功是0.002J，则AB两点间电势差UAB为多少？如果有另一个电量是0.2C的负电荷从A移到B，则电场力做正功还是负功，大小是多少？