2019_20学年高中物理第一章电场第五节课时1电场强度与电势差的关系课件粤教版.pptx

,第一章 第五节 电场强度与电势差的关系,课时1 电场强度与电势差的关系,理解匀强电场中电势差与电场强度的关系：UEd或E ，了解其适用条件.,学科素养与目标要求,物理观念：,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.,科学思维：,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,1.探究过程：如图1，在匀强电场中，电荷q从A点移动到B点.(AB与电场线平行) (1)静电力做功W与电势差U的关系为 . (2)静电力做功W与电场力qE的关系为 . 2.关系表达式： (1)U . (2)E ，电场强度的单位为 ，符号 . (3)适用条件： 电场，d是沿 方向两点间的距离.,探究场强与电势差的关系,WqU,WqEd,Ed,伏/米,匀强,电场强度,图1,V/m,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强度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.( ),即学即用,2.如图2所示，在场强为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2,重点探究,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. (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.,一、匀强电场中电势差与电场强度的关系,导学探究,答案 WABFdqEd WABqUAB,(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.匀强电场中电场强度与电势差的关系 (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，电势沿电场强度方向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,2.由公式UEd可以得到下面两个结论： 结论1：匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势C ，如图3甲所示. 结论2：匀强电场中若两线段ABCD，且ABCD，则UABUCD(或ABCD)，如图乙所示.,图3,例1 如图4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逐渐降低，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4,例2 如图5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.,答案 50 V 30 V,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,图5,(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？,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,答案 10 V,Q、A间电势差UQAEd1.01031.0102 V10 V 所以A点电势A10 V.,例2 如图6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6,二、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7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7,例4 如图8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 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，所以b 35 V.,图8,三、场强的三个表达式的比较,1.E .定义式，适用于一切电场，其中q为试探电荷的电荷量，E与q无关. 2.E 点电荷场强公式，仅适用于真空中静止点电荷，其中Q为场源电荷的电荷量，E与Q成正比. 3.E 匀强电场场强与电势差的关系式，适用于匀强电场的定量计算，也可用于非匀强电场的定性分析，其中d为沿电场方向的距离.,例5 如图9所示为一个水平的匀强电场，在电场内某水平面上做一个半径为10 cm的圆，在圆周上取如图所示的A、B、C三点，已知A、B两点间电势差为1 350 V，静电力常量k9109 Nm2/c2. (1)求匀强电场的场强大小.,解析 由题图知A、B两点在匀强电场方向上的距离dr 0.15 m，,图9,答案 9 000 V/m,(2)若在圆心O处放置电荷量为108 C的正点电荷，求C点电场强度的大小和方向.(结果保留三位有效数字),解析 设正点电荷在C处产生的电场强度为E1，则,答案 1.27104 N/C，方向与水平方向成45角斜向右上,C处另有匀强电场，场强E9103 N/C，方向水平向右，与E1垂直，根据平行四边形定则，,方向与水平方向成45角斜向右上.,达标检测,1,2,3,4,1.(对公式E 及UEd的理解)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.任意两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积 B.沿电场线方向，任何相同距离上电势降落必定相等 C.电势降低的方向必是场强方向 D.在相同距离的两点上，电势差大的场强也大,解析 公式E 中，d是沿场强方向上两点的距离，由此很容易判断出A、D错，B正确； 场强的方向是电势降低最快的方向，电势降低的方向不一定是场强方向，故C错.,1,2,3,4,2.(公式UABEd的应用)(2018济南市期末)如图10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,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.,图10,1,2,3,4,3.(应用UEd定性分析)如图11所示是某电场中的三条电场线，C点是A、B连线的中点.已知A点的电势是A30 V，B点的电势B20 V，则下列说法正确的是 A.C点的电势C5 V B.C点的电势C5 V C.C点的电势C5 V D.负电荷在A点的电势能大于在B点的电势能,图11,1,2,3,4,解析 由题图看出，AC段电场线比CB段电场线密，则AC段场强较大，根据公式UEd可知，AC间电势差UAC大于CB间电势差UCB，所以 C 5 V，故C正确，A、B错误. 而负电荷在电势低处电势能较大，故D错误.,4.(公式UABEd的应用)平行的带电金属板A、B间是匀强电场，如图12所示，两板间距离是5 cm，两板间的电压是60 V. (1)两板间的场强大小是_；,图12,1,2,3,4,解析 两板间是匀强电场，,1.2103 V/m,(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_.,1,2,3,4,解析 P1、P2两点间沿场强方向的距离：d4 cm. 所以U12Ed1.21034102 V48 V.,48 V,课时对点练,一、选择题 考点一 公式UABEd及E 的理解 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 沿电场线方向电势逐渐降低，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.,考点二 公式UABEd和E 的简单应用 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,解析 电场线与等势面垂直且沿电场线方向电势逐渐降低，故场强方向水平向右，场强大小E 40 V/m，故D项正确.,4.如图3所示，在匀强电场中，A、B两点相距10 cm，E100 V/m，AB与电场线方向的夹角120，则A、B两点间的电势差为 A.5 V B.5 V C.10 V D.10 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图3,由于AB，则UABEd1005102 V5 V，故选B.,5.(多选)如图4所示，实线为电场线，虚线为等势线，且ABBC，电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为A、B、C，AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC，则下列关系中正确的有 A.ABC B.ECEBEA C.UABUBC D.UABUBC,图4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 由电场线的方向是电势逐渐降低的方向知选项A正确. 由题图中电场线的分布规律可知，电场不是匀强电场，C附近电场线最稠密，B附近电场线次之，A附近电场线最稀疏，所以ECEBEA，选项B正确； 由公式UEd进行定性分析知：UBCUAB，选项C正确，D错误.,6.(多选)如图5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5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,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.,7.(多选)如图6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6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,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 8.如图7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7,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,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； 将点电荷沿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.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,9.如图8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,图8,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,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.,10.(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(e1.61019 C)，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.,11.匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点，AB的长度为1 m，D为AB的中点，如图9所示.已知电场线的方向平行于ABC所在平面，A、B、C三点的电势分别为14 V、6 V和2 V.设电场强度大小为E，一电荷量为1106 C的正电荷从D点移到C点电场力所做的功为W，则 A.W8106 J E8 V/m B.W6106 J E6 V/m C.W8106 J E8 V/m D.W6106 J E6 V/m,图9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,所以Wq(DC)8106 J.设E的方向与AB的夹角为，则0，否则等势面与AB垂直，C点电势就会高于B点电势.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,结合题意可知cos 8 V/m，故A正确.,二、非选择题 12.(2018南京市期末)如图10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10,1