2019_20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）.pptx

,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) 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/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3,答案 50 V 30 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.,场强的三个表达式的比较,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 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6,结论2：匀强电场中若两线段ABCD，且ABCD，则UABUCD(或ABCD)，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7,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,1,2,3,4,5,2.(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方向)成角( )，则此圆周上各点与A点间最大的电势差为 A.UEr B.UEr(sin 1) C.UEr(cos 1) D.U2Er,1,2,3,4,5,图9,解析 由UEd知，与A点间电势差最大的点应是沿场强方向与A点相距最远的点，dmaxrrcos ，所以UmaxEr(cos 1)，C项正确.,3.(应用UABEd定性分析非匀强电场)(2018天津实验中学段考)如图10所示的同心圆是电场中的一簇等差等势线，一个电子只在电场力作用下沿着直线由AC运动时的速度越来越小，B为线段AC的中点，则下列说法正确的是 A.电子沿AC方向运动时受到的电场力越来越小 B.电子沿AC方向运动时它具有的电势能越来越大 C.电势差UABUBC D.电势ABC,1,2,3,4,5,图10,1,2,3,4,5,解析 由等势线分布和电子速度变化可知该电场为负点电荷的电场，电子沿AC方向运动时受到的电场力越来越大，选项A错误； 根据电子只在电场力作用下沿着直线由AC运动时的速度越来越小，可知电子具有的电势能越来越大，选项B正确； 根据UEd，由于电场为非匀强电场，平均电场强度EABBC，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,1,2,3,4,5,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11,(1)两板间的场强大小是_；,1.2103 V/m,1.2103 V/m.,1,2,3,4,5,(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U12_.,48 V,1,2,3,4,5,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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,2.(2018聊城市高一下期末)如图1所示，a、b、c是一条电场线上的三点，电场线的方向由a到c，a、b间的距离等于b、c间的距离，用a、b、c和Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点的电势和电场强度，用Uab、Ubc分别表示a、b和b、c两点的电势差，可以判定 A.EaEbEc B.EaEbEc C.abc D.UabUbc,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图1,解析 沿电场线方向电势降低，abc，C正确； 仅由一条电场线无法确定场强大小关系，A、B错误； 只有匀强电场UabUbc，D错误.,3.如图2所示是匀强电场中的一组等势面，每两个相邻等势面间的距离都是25 cm，由此可确定此电场的电场强度的方向及大小为 A.竖直向下，E0.4 V/m B.水平向右，E0.4 V/m C.水平向左，E40 V/m D.水平向右，E40 V/m,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,4.(多选)如图3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.P点在y轴右侧，MPON.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，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.M、N两点间的电势差小于O、M两点间的电势差,图3,解析 根据电场线和等势面的关系，可以判断出M点的电势比P点的电势高，A正确. 将负点电荷由O点移到P点，电场力做负功，B错误. 根据UEd进行定性分析可知UMNUOM，C错误，D正确.,5.(多选)如图4所示，A、B两板间电压为600 V，A板带正电并接地，A、B两板间距离为12 cm，C点离A板4 cm，下列说法正确的是 A.E2 000 V/m，C200 V B.E5 000 V/m，C200 V C.电子在C点具有的电势能为200 eV D.电子在C点具有的电势能为200 eV,图4,解析 A板接地，则其电势为零，因为A板带正电且A、B两板间的电压为600 V，则B板电势为600 V，由此知C点电势为负值，则A、B两板间场强E 50 V/cm5 000 V/m，CEdAC50 V/cm4 cm200 V，A错误，B正确； 电子在C点具有的电势能为200 eV，C错误，D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,考点三 匀强电场中的电场力做功与场强、电势差的关系 6.如图5所示的匀强电场场强为103 N/C，ab、cd平行于电场线，ac、bd垂直于电场线，abcd4 cm，acbd3 cm.则下述计算结果正确的是 A.a、b之间的电势差为40 V B.a、c之间的电势差为50 V C.将q5103 C的点电荷沿矩形路径abdca移动一周，电 场力做的功是0.25 J D.将q5103 C的点电荷沿abd从a移到d，电场力做的功 是0.25 J,图5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 由UEd得Uab1030.04 V40 V，A正确； a、c在同一等势面上，所以Uac0，B错误； 将电荷沿abdca移动一周，位移为0，故电场力做功为0，C错误； WadWabqUab510340 J0.2 J，D错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,7.如图6所示，在电场强度E2103 V/m的匀强电场中有三点A、M和B，AM4 cm，MB3 cm，AB5 cm，且AM边平行于电场线，把一电荷量q2109 C的正电荷从B点移动到M点，再从M点移动到A点，电场力做功为 A.1.6107 J B.1.2107 J C.1.6107 J D.1.2107 J,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图6,解析 B、M在同一等势面上，正电荷由B到M电场力不做功.由M到A电场力做负功，WMAqUAMqEd210921034102 J1.6107 J.即电场力做功为1.6107 J.,8.(多选)细胞膜的厚度等于700 nm(1 nm109 m)，当膜的内外层之间的电压达0.4 V时，即可让一价钠离子渗透.设细胞膜内的电场为匀强电场，则当一价钠离子恰好渗透时， A.膜内电场强度为5.71105 V/m B.膜内电场强度为1.04106 V/m C.每个钠离子沿电场方向透过膜时电场力做的功等于6.41020 J D.每个钠离子沿电场方向透过膜时电场力做的功等于1.281019 J,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,WqU1.610190.4 J6.41020 J，C正确，D错误.,考点四 等分法确定等势线和电场线 9.(多选)如图7所示，图中五点均在匀强电场中，它们分别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2 V的点,图7,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 在匀强电场中，沿某一直线若存在电势变化，则沿与该直线平行的其他直线也会存在相同的电势变化规律，所以有10 V6 Va2 V，解得a6 V，A项正确，B项错误； O点与a点处于同一等势面上，所以O点场强方向垂直Oa连线指向电势为2 V的点，C项错误，D项正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,10.如图8所示，在平面直角坐标系中，有一个方向平行于坐标平面的匀强电场，其中坐标原点O处的电势为0，点A处的电势为6 V，点B处的电势为3 V，则电场强度的大小为 A.200 V/m B.200 V/m C.100 V/m D.100 V/m,图8,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 在匀强电场中，沿某一方向电势降落，则在这一方向上电势均匀降落，故OA的中点C的电势C3 V(如图所示)，因此B、C在同一等势面上.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,故选项A正确.,二、非选择题 11.(2018南京市高一期末)如图9所示，在竖直平面内存在匀强电场，其电场线如图中实线所示，方向未知，将带电荷量为q1.0106 C的点电荷由A点沿水平线移至B点，其电势能增加了3105 J，已知A、B两点间的距离为2 cm，两点连线与电场线成60角. (1)求A、B两点间的电势差UAB；,图9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案 30 V,解析 由题意知，静电力做负功为WAB3105 J,(2)若A点的电势A1 V，求B点的电势B；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案 31 V,解析 UABAB 故BAUAB(130) V31 V,(3)求电场强度E的大小，并判断其方向.,答案 3 000 V/m 沿电场线指向左下方,解析 A、B两点间沿电场线方向的距离为： d2102cos 60 m1102 m.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,方向：沿电场线指向左下方.,12.如图10所示，平行金属带电极板A、B间可看成匀强电场，场强E1.2102 V/m，极板间距离d5 cm，电场中C点和D点分别到A、B两板的距离均为0.5 cm