1、6电势差与电场强度的关系 第一章 静电场 学习目标:1物理观念知道电势差与电场强度 UABEd 的关系和适用条件,了解电场强度的另一个单位 V/m。2科学思维理解公式 EUABd 中 d 和 UAB 的意义,掌握等势面的疏密与电场强度大小的关系,能解决有关问题。3科学探究从试探电荷在电场中的移动,体会匀强电场中电势差与电场强度关系的推导过程。4科学态度与责任准确区分三个公式 EFq、EkQr2 和 EUd的使用条件,体验科学的魅力。知识梳理 基础自测 自主预习探新知 NO.1一、匀强电场中电势差与电场强度的关系 1关系式:UAB_或 E 2物理意义:在匀强电场中,两点间的电势差等于与这两点间的
2、距离的乘积。沿电场线方向UABdEd场强3场强的大小:场强的大小在数值上等于单位距离上的。4电场强度的另一个单位:伏特每米,符号,1 N/C。5适用条件:电场。注意:EUABd 中 d 必须是沿电场线方向上的距离。沿场强方向电势差V/m 1 V/m匀强二、等势面的疏密与电场强度大小的关系 1在等差等势面的图中,在电场线越密的地方,相邻等势面的间距,即等势面。2等势面越密的地方场强。说明:在等势面越密的地方,沿电场线电势降低得越快。越小越密越大1思考判断(正确的打“”,错误的打“”)(1)由公式 EUd可知,电场强度与电势差 U 成正比。()(2)电场线的方向就是电势逐渐降落的方向。()(3)沿
3、电场线方向任意相同距离上的电势差必相等。()(4)在匀强电场中,任意两点间的电势差等于场强与这两点间距离的乘积。()2关于匀强电场中的场强和电势差的关系,下列说法正确的是()A电场强度越大,则任意两点间的电势差也越大 B任意两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积 C沿着电场线方向,任何相同距离上的电势降低必定相等 D场强与电势处处相同 C UEd 中的 d 指两点所在等势面的距离,选项 A、B、D 错误,C 正确。3(多选)场强为 E1.0102 V/m 的匀强电场中,有相距 d2.0102 m 的 a、b 两点,则 a、b 两点间的电势差可能为()A1.0 V B2.0 V C3.0 V
4、 D4.0 V AB 如图:最大:UabEd2 V;最小:Uab0,故:0Uab2 V,A、B 正确,C、D 错误。合作探究提素养 NO.2考点1 考点2 对关系式UEd和E的理解Ud 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OMMN。M、N两点间的电势差UMN与O、M两点间的电势差UOM哪个大?提示:UMNUOM。1关系式表明了电场强度与电势差的关系 大小关系由EUd可知,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 方向关系电场中电场强度的方向就是电势降低最快的方向 物理意义电场强度是电势差对空间位置的变化率,反映了电势随空间变化的快慢
5、 2在非匀强电场中,公式 EUd可用来定性分析问题,由 EUd可以得出结论:在等差等势面越密的地方场强就越大,如图甲所示。再如图乙所示,a、b、c 为某条电场线上的三个点,且距离 abbc,由于电场线越密的地方电场强度越大,故 Uabbc,故 A 正确。训练角度 2 应用 EUd定量计算 2(多选)如图所示,匀强电场中某电场线上的两点 A、B 相距0.2 m。正点电荷 q1106 C 从 A 点移到 B 点,静电力做功为 2106J,则()A该电场的电场强度为 10 V/m B该电场的方向由 A 指向 B CA、B 两点间的电势差为 10 V DB 点的电势比 A 点的高 AB 根据电势差公式
6、有:UABWABq 2 V,由此看出 A 点的电势高于 B 点的电势,电场方向由 A 指向 B;根据 EUd,得场强为10 V/m,故 A、B 正确。对电场强度的进一步理解 电场强度、电势差和电势都是描述电场的物理量,电场中电势越高的位置,电场强度一定越大吗?提示:电场强度与电势是两个不同的概念,两者无必然联系,电势高的位置,电场强度不一定大。1关于场强 E 的几个表达式 公式适用范围说明 EFq任何电场定义式,q 为试探电荷的电荷量 EkQr2真空中点电荷形成的电场Q 为场源电荷的电荷量,E 表示跟点电荷相距 r 处的某点的场强 EUd匀强电场U 为沿电场线方向上相距为 d 的两点间的电势差
7、 2关于电场强度与电势的理解(1)电场强度为零的地方电势不一定为零,如等量同种点电荷连线的中点;电势为零的地方电场强度也不一定为零,如等量异种点电荷连线的中点。(2)电场强度相等的地方电势不一定相等,如匀强电场;电势相等的地方电场强度不一定相等,如点电荷周围的等势面。【例2】如图所示,虚线方框内有一匀强电场,A、B、C为该电场中的三点,已知:A12 V,B6 V,C6 V。试在该虚线框内作出该电场的示意图(画出几条电场线),并要求保留作图时所用的辅助线。思路点拨:(1)在匀强电场中有UEd。(2)沿电场线方向电势降低。解析 要画电场线,先找等势面(线)。因为UAC18 V、UAB6 V,UAC
8、UAB3,将线段AC等分成三份,即使AHHFFC,则H6V,F0,故B、H等电势。连接BH即为等势线,由电场线与等势面(线)垂直且由高电势指向低电势,可画出电场线如图所示。答案 见解析图(1)在匀强电场中,沿任意一个方向,电势降低都是均匀的,故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等,如图甲,ABBC,则UABUBC。(2)在匀强电场中,相互平行且相等的线段两点间的电势差相等。如图乙,ABCD、ABCD,则UABUCD。甲 乙(3)确定电场方向的方法:先由等分法确定电势相等的点,画出等势面(线),然后根据电场线与等势面(线)垂直画出电场线,且电场线的方向由电势高的等势面(线)指向电势低的等势面(
9、线)。跟进训练 3如图所示,有竖直向下的匀强电场,A、B两等势面间距离为5 cm,电势差为25 V,在电场中P点固定放置电荷量为5109 C的负点电荷,此时电场中有一点场强为零,此点在P点的()A上方30 cmB下方30 cm C上方25 cmD下方25 cm B 匀强电场的场强EUd 250.05 V/m500 V/m,设距P点L处的合场强为零,则kQL291095109L2 V/m500 V/m,故L0.3m,负点电荷在距P点L处的电场竖直向上,该点在电场中P点的下方,B正确。1物理观念:公式EUd,单位1 V/m1 J/C,等势面越密的地方场强越大。2科学思维:UEd和EUd的相关计算。
10、3科学方法:比较法、作图法、计算法等。当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 5 1(多选)下列说法中正确的是()AEUd适用于任何电场 BEFq适用于任何电场 CEkQr2适用于真空中的点电荷形成的电场 DE是矢量,由UEd可知,U也是矢量 1 2 3 4 5 BC E Ud 只适用于匀强电场,A错误;E Fq 适用于任何电场,B正确;EkQr2适用于真空中的点电荷形成的电场,C正确;在公式UEd中,E是矢量,U是标量,D错误。1 2 3 4 5 2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
11、距离两点的电势差越大 D根据公式UabEd可知,在匀强电场中a、b间的距离越大,电势差就越大 1 2 3 4 5 B 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越大,但是若两点间直线不沿电场线,则电势差不一定越大,故C错误;公式UabEd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。1 2 3 4 5 3如图所示,在E400 V/m的匀强电场中,a、b两点相距d2 cm,它们的连线跟电场强度方向的夹角
12、是60,则Uab等于()A8 V B4 V C8 V D4 V 1 2 3 4 5 B 在电场线方向上 a、b 两点间的距离(或 a、b 两点所在等势面间的距离)为 ddcos 600.01 m,根据匀强电场中,电势差与电场强度的关系可知,UabEd4 V,B 选项正确。1 2 3 4 5 4a、b、c、d 是匀强电场中的四个点,它们正好是一个矩形的四个顶点。电场线与矩形所在平面平行。已知 a 点的电势为 20 V,b点的电势为 24 V,d 点的电势为 4 V,如图所示,由此可知 c 点的电势为()A4 V B8 V C12 VD24 V 1 2 3 4 5 B 根据匀强电场的特点,UadU
13、bc,即 adbc,解得c8 V,B 正确。1 2 3 4 5 5情境:天空中有两块乌云,它们之间的竖直距离为 1.0103m,水平相距 5.0103m。受气流影响,两块乌云均以 10 m/s 的速率沿水平方向互相靠近。1 2 3 4 5 问题:当一块乌云位于另一块乌云正下方时,云间场强达到1.0106V/m。若此时两块云间的电场可视为匀强电场,这时空气恰被击穿而变成导体,两块乌云通过空气放电,形成闪电。(1)两块乌云即将放电时云间的电势差为多大?(2)地面观察者看到闪电后 8.0 s 才听到雷声,则闪电发生点离观察者多远?(声音在空气中传播速度约为 340 m/s)1 2 3 4 5 解析(1)当一块乌云位于另一块乌云正下方时,两块乌云间的距 离 为 d 1.0103m。两 块 乌 云 间 的 电 势 差 为:U Ed 1.01061.0103 V1.0109 V。答案(1)1.0109 V(2)2.72103m(2)光传播到地面所需的时间可以忽略不计,声音在空气中以3.4102m/s 的速度传播,所以闪电发生点离观察者的距离为:svt3.4102m/s8.0 s2.72103 m。点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!