鲁科版（2019）高中物理必修第三册2.3电势差与电场强度的关系-课件

电势差与电场强度的关系
核心素养
物理观念
科学思维
1.了解电势差的含义。
2.知道匀强电场中电势差与电场强度的关系。
3.会应用静电力做功的公式进行相关计算。
1.通过推导理解电场力做功与电势差的关系。
2.通过推导电场强度的单位“伏特每米”与“牛顿每库仑”，理解电势差与电场强度的物理意义。
知识点一　电势差与静电力做功
[观图助学]
(1)身高与站的位置有关吗？
(2)思考讨论：电势差的值与零电势点的位置有关吗？
1.在物理学中，电场中两点间电势的差值称为电势差，也叫电压。
2.公式：电场中A点的电势为φA，B点的电势为φB，则UAB＝_______，UBA＝ ________，可见UAB＝ ________。
3.电势差是______，UAB为正值，A点的电势比B点的电势高；UAB为负值，A点的电势比B点的电势_____。
φA－φB
5.在研究原子和原子核时，常用电子伏特做能量单位，_________________。
φB－φA
－UBA
标量
低
qUAB
1eV＝1.6×10－19J
[思考判断]
×
√
×
√
√
知识点二　匀强电场中电场强度与电势差的关系
[观图助学]
每个台阶一样高，所以10×0.2m＝2m，就是两人所在位置的高度差。在匀强电场中能否用电场强度乘以距离得到两点间的电势差？
1.匀强电场中电场强度与电势差的关系________。
2.物理意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的________与这两点沿电场强度方向的距离之比。也就是说，电场强度在数值上等于沿电场方向__________上降低的电势。
3.场强的另一个单位：伏特/每米，符号_____，1 N/C＝1 V/m。
4. UAB＝Ed，其物理意义：匀强电场中两点间的电势差等于_________与这两点__________________的乘积。
电势差
每单位距离
V/m
电场强度
沿电场方向的距离
[思考判断]
√
×
√
核心要点
电势差与静电力做功
[观察探究]
电场中A、B、C、D 四点的电势如图所示。
(1)A、C及A、B间的电势差为多少？哪个较大？
(2)若取D点电势为零，则A、B、C三点的电势为多少？A、C及A、B间的电势差为多少？
[探究归纳]
1.关于电势差的三点说明
(1)电场中两点间的电势差，由电场本身决定，与在这两点间移动的电荷的电荷量、静电力做功的大小无关。
(2)求电势差时，必须明确所要求的是哪两点的电势差。A、B间的电势差记为UAB，B、A间的电势差记为UBA。
(3)电势差为标量，有正、负之分，电势差的正、负表示电场中两点间的电势的高低。
若UAB>0则φA>φB，若UAB<0则φA<φB。
(4)公式WAB＝qUAB适用于任何电场，UAB为电场中A、B两点间的电势差，WAB仅是静电力做的功，式中各量均有正、负，计算中W与U的角标要对应，即WAB＝qUAB，WBA＝qUBA。
(5)不管电场是否是匀强电场，静电力是否是恒力，都可以利用WAB＝qUAB来计算静电力做的功。
?
[试题案例]
[例1] 在电场中把2.0×10－9 C的正电荷从A点移到B点，静电力做功1.5×10－7 J。再把这个电荷从B点移到C点，静电力做功－4.0×10－7 J。
(1)A、B、C三点中哪点电势最高？哪点电势最低？
(2)A、B间，B、C间，A、C间的电势差各是多大？
(3)把－1.5×10－9 C的电荷从A点移到C点，静电力做多少功？
(4)根据以上所得结果，定性地画出电场分布的示意图，标出A、B、C三点可能的位置。
解析　(1)正电荷从A到B，静电力做正功，A点电势比B点电势高。正电荷从B到C，静电力做负功，C点电势比B点电势高，但由B到C克服静电力做功较多，所以C点电势最高，B点电势最低。
(3)负电荷由A到C，静电力做功
WAC＝q′UAC＝1.875×10－7 J。
(4)电场分布示意图和A、B、C三点可能的位置如图所示。
电场分布示意图
答案　见解析
[针对训练1] 如图所示是一匀强电场，已知场强E＝2×102 N/C，现让一个电荷量为q＝－4×10－8 C的电荷沿电场方向从M点移到N点，MN间的距离l＝30 cm。试求：
(1)电荷从M点移到N点电势能的变化；
(2)M、N两点间的电势差。
解析　
(1)负电荷在该电场中所受静电力F为恒力，方向向左，因此从M点移到N点，电荷克服静电力做功，电势能增加，增加的电势能ΔEp等于电荷克服静电力做的功W。电荷克服静电力做功为W＝qEl＝4×10－8×2×102×0.3 J＝2.4×10－6 J，故电势能增加了2.4×10－6 J。
(2)M、N两点间的电势差为UMN＝Ed＝2×102×0.3 V＝60 V，即M、N两点间的电势差为60 V。
答案　(1)电势能增加了2.4×10－6 J　(2)60 V
[观察探究]
如图所示，B、C、D三点处在同一等势面上，沿A→B、A→C、A→D电势是升高还是降低？哪个方向电势降低最快？
答案　沿AB、AC、AD三个方向电势都降低，且电势下降的值相等。但AC沿电场线方向，距离最短，单位长度上电势下降最大，即电势降低最快。
核心要点
匀强电场中电场强度与电势差的关系
[探究归纳]匀强电场中电场强度和电势差的关系
[试题案例]
[例2] 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5 cm，两板间的电压是60 V。试问：
(1)两板间的电场强度是多大？
(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P2两点间的电势差为多大？
(3)若B板接地，P1和P2两点的电势各是多少伏？
(2)P1P2沿电场方向的距离为
d12＝5 cm－(0.5＋0.5) cm＝4 cm
根据公式U12＝Ed12＝1 200×4×10－2 V＝48 V。
(3)由公式U1B＝φ1－φB＝Ed1B＝1 200×4.5×10－2 V＝54 V，得φ1＝54 V。
同理U2B＝φ2－φB＝Ed2B＝1 200×0.5×10－2 V＝6 V，
得φ2＝6 V。
答案　(1)1 200 V/m　(2)48 V　(3)54 V　6 V
[针对训练2] 如图所示是匀强电场中的一组等势面，若A、B、C、D相邻两点间距离都是2 cm，则该电场的场强大小为________V/m，到A点距离为1.5 cm的P点电势为________V。
因UBP＝φB－φP，φB＝0，得φP＝－2.5 V。
谢 谢