2019_2020学年高考物理主题1静电场6电势差与电场强度的关系课件必修3.pdf
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1、主题1 静电场 6 电势差与电场强度的关系 学科素养与目标要求 物理观念: 科学思维: 1.会推导关系式UEd. 2.能利用关系式UEd分析非匀强电场相关问题. 3.对比有关电场强度的三个表达式及适用条件,并在具体问题中准确选用公式解决有 关问题. 4.会用等分法确定等势面和电场线. NEIRONGSUOYIN 内容索引 自主预习 达标检测 课时对点练 预习新知 夯实基础 检测评价 达标过关 注重双基 强化落实 重点探究 启迪思维 探究重点 自主预习 一、匀强电场中电势差与电场强度的关系 1.在匀强电场中,两点间的电势差等于 与这两点 的距离 的乘积. 2.公式:UAB . 3.适用条件 (1
2、) 电场. (2)d为两点沿 的距离. 电场强度沿电场方向 Ed 匀强 电场方向 1.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_ 的比值. 2.电场强度的另一种表述:电场强度在数值上等于沿 方向每 上降 低的电势. 3.电场强度的另一个单位:由E 可导出电场强度的另一个单位,即_ ,符号为 .1 V/m1 N/C. 二、公式 的意义 电势差沿电 场强度方向距离 电场单位距离 伏特 每米 V/m 即学即用 1.判断下列说法的正误. (1)公式UEd适用于所有电场.( ) (2)由UEd可知,匀强电场中两点间的电势差与这两点的距离成正比.( ) (3)匀强电场的场强值等于沿电场线方
3、向每单位长度上的电势差值.( ) (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.如图1所示,场强为E1.0102 V/m的匀强电场中,有相距d2.0102 m的A、 B两点,A、B连线与电场方向的夹角为60,则A、B两点间的电势差为_V. 1.0 图图1 重点探究 一、匀强电场中电势差与电场强度的关系 如图所示的一个匀强电场,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.现将一个电荷量为q的电荷由A移到B. 导学探究 答案 WABFdqEd WABqUAB (1)从力和位移的角度计算静电力所做的功;通过A、 B间的电势差计
4、算静电力做的功. (2)比较两次计算的功的大小,说明电势差与电场强度有何关系. 答案 两次做功大小相等 UABEd (3)B、C在同一等势面上,UAC与电场强度有何关系? 答案 UACEd 1.大小关系:由E 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,电场强度是电势差对空间位置的变化率,电势随空间变化 的快慢反映了电场强度的大小. 2.电场中电场强度的方向就是电势降低最快的方向. 知识深化 例1 如图2所示,在xOy平面内有一个以O为圆心、半径R0.1 m的圆,P为圆周 上的一点,O、P两点连线与x轴正方向的夹角为.若空间存在沿y轴负方向的匀强 电场,场强大小E100 V/
5、m,则O、P两点的电势差可表示为 A.UOP10sin (V) B.UOP10sin (V) C.UOP10cos (V) D.UOP10cos (V) 解析 由题图可知匀强电场的方向是沿y轴负方向的,沿着电场线的方向电势是 降低的,所以P点的电势高于O点的电势,O、P两点的电势差UOP为负值.根据电 势差与场强的关系可得UOPEdERsin 10sin (V),所以A正确. 图图2 例2 如图3所示,P、Q两金属板间的电势差为50 V,板间存在匀强电场,方向 水平向左,板间的距离d10 cm,其中Q板接地,两板间的A点距P板4 cm.求: (1)P板及A点的电势. 图图3 答案 50 V 3
6、0 V 解析 板间场强方向水平向左,可见Q板电势最高. Q板接地,则电势Q0,板间各点电势均为负值. 再由UEd可求出各点与Q板间的电势差,即各点的电势. Q、A间电势差UQAEd5102(104)102 V30 V 所以A点电势A30 V,同理可求得P板电势PUPQ50 V (2)保持两板间的电势差不变,而将Q板向左平移5 cm,则A点的电势将变为多少? 答案 10 V 解析 当Q板向左平移5 cm时,两板间距离d (105) cm5 cm Q板与A点间距离变为d (104) cm5 cm1 cm Q、A间电势差UQAEd 1.01031.0102 V10 V 所以A点电势A10 V. 场强
7、的三个表达式的比较 总结提升总结提升 电荷量,E与Q成正比. 于非匀强电场的定性分析,其中d为沿电场方向的距离. 二、非匀强电场中电势差与电场强度关系的定性分析 1.UABEd只适用于匀强电场的定量计算,在非匀强电场中,不能进行定量 计算,但可以定性地分析有关问题.由E 可以得出结论:在等差等势面 中等势面越密的地方场强就越大. 2.如图4所示,a、b、c为某条电场线上的三个点,且abbc,由于不知电 场的性质,所以电势差Uab与Ubc的大小不能确定. 图图4 例3 如图5所示,实线为电场线,虚线为等势面,a50 V,c20 V,则a、c 连线中点b的电势b为 A.等于35 V B.大于35
8、V C.小于35 V D.等于15 V 解析 从电场线疏密可以看出ab段场强大于bc段场强, 由UEd可以判断UabUbc,即abbc, 图图5 三、用等分法确定等势线和电场线 1.在匀强电场中电势差与电场强度的关系式为UEd,其中d为两点沿电场方向 的距离. 由公式UEd可以得到下面两个结论: 图图6 结论2:匀强电场中若两线段ABCD,且ABCD,则UABUCD(或ABC D),如图乙所示. 2.确定电场方向的方法 先由等分法确定电势相等的点,画出等势线,然后根据电场线与等势面垂直画 出电场线,且电场线的方向由电势高的等势面指向电势低的等势面. 例4 如图7所示,ABCD是匀强电场中平行于
9、电场线的矩形的四个顶点,A、B、 C三点电势分别为A8 V,B2 V,C3 V,则D点的电势为 A.7 V B.6 V C.10 V D.9 V 解析 因为UABUDC,即8 V2 VD3 V,故D9 V,选项D正确. 图图7 图图8 例5 (多选)如图8所示,A、B、C是匀强电场中平行于电场线的某一平面上的三 个点,各点的电势分别为A5 V,B2 V,C3 V,H、F三等分AB,G为AC 的中点,在下列各示意图中,能正确表示该电场强度方向的是 解析 根据匀强电场的特点可知,H、F的电势分别为H4 V,F3 V, 又CF3 V,可知电场线与CF垂直,故选B、C. 学科素养 等分法是在理解电势差
10、与电场强度关系基础上的应用,通过等 分法相关习题的练习,提升了学生综合分析问题的能力和建模能力,体现了 “科学思维”的学科素养. 达标检测 说法正确的是 A.公式UABEd适用于计算任何电场中A、B两点间的电势差 B.由UABEd知,A点和B点间距离越大,则这两点的电势差越大 C.由E 知,匀强电场中A、B两点沿电场线的距离越大,则电场强度越小 D.公式中的d是匀强电场中A、B所在的两等势面之间的距离 12345 2.(公式UABEd的应用)(2018济南市期末)如图9所示,沿x轴正向的匀强电场E中, 有一动点A以O为圆心,rOA为半径逆时针转动一周,O与圆周上的A点的连线 OA与x轴正向(E
11、方向)成角(BC,选项D错误. 4.(等分法确定电势和电场强度)a、b、c是匀强电场中的三个点,各点电势分别 为a10 V,b2 V,c6 V,a、b、c三点所在平面与电场方向平行,下列 各图中电场强度的方向表示正确的是 12345 解析 由于是匀强电场,因此a、b连线的中点与c点电势相等,电场强度的方 向垂直于等势面且由高电势处指向低电势处,所以D正确. 5.(公式UABEd的应用)平行的带电金属板A、B间是匀强电场,如图11所示,两 板间距离是5 cm,两板间的电压是60 V. 图图11 (1)两板间的场强大小是_;1.2103 V/m 1.2103 V/m. 12345 (2)电场中有P
12、1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U12_. 48 V 12345 解析 P1、P2两点间沿场强方向的距离:d4 cm. 所以U12Ed1.21034102 V48 V. 课时对点练 一、选择题 1.(多选)下列说法正确的是 A.由公式E 得,电场强度E与电势差U成正比,与两点间距离d成反比 B.由公式E 得,在匀强电场中沿电场线方向上两点间距离越大,电场强度 就越小 C.在匀强电场中,任意两点间电势差等于场强和这两点沿电场方向的距离的 乘积 D.公式E 只适用于匀强电场 123456789 10111213 2.(2018聊城市高
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