高中物理 第1章 第6节 电势差与电场强度的关系同步辅导与检测课件 新人教版选修31.ppt

第6节电势差与电场强度的关系 静电场 雷电的形成人们看到的闪电 其过程是很复杂的 当雷雨云移到某处时 云的中下部是强大的负电荷中心 与云底相对的地面变成正电荷中心 在云底与地面间形成强大电场 在电荷越积越多 电场越来越强的情况下 云底首先出现大气被强烈电离的一段气柱 称梯级先导 这种电离气柱逐级向地面延伸 每级梯级先导是具有一定大小 带有数百安电流的暗淡光柱 它以平均约150km s的高速度一级一级地伸向地面 在离地面5 50m时 地面便突然向上回击 回击的通道是从地面到云底 沿着上述梯级先导开辟出的电离通道 回击以50000km s以上的速度从地面飞向云底 发出光亮无比的光柱 历时40 s 通过电流超过10000a 这即第一次闪击 相隔几秒之后 云中一根暗淡光柱 携带巨大电流 沿第一次闪击的路径飞向地面 称直窜先导 当它离地面5 50m时 地面再向上回击 形成光亮无比的光柱 这即第二次闪击 接着又类似第二次那样产生第三 四次闪击 通常由3 4次闪击构成一次闪电过程 一次闪电过程历时约0 25s 在此短时间内 窄狭的闪电通道上要释放巨大的电能 因而形成强烈的爆炸 产生冲击波 然后形成声波向四周传开 这就是雷声或俗称的 打雷 1 静电力做功的计算方法 1 从力的角度计算 在场强为e的匀强电场中沿电场方向把电荷量为q的正电荷从a点移到b点 a b间距离为s 静电力做功wab 2 从能的角度计算 如果a b两点间电势差为uab 静电力做功wab 答案 1 qes 2 quab 2 电场强度与电势差的区别 1 物理意义不同 电场强度e描述电场 的特征 电势差u描述电场 的特征 2 e是 量 u是 量 3 表达式不同 e u 4 单位不同 e为 u为 答案 3 电场强度与电势差的关系 1 在匀强电场中e 说明 u表示a b两点间的电势差 d表示a b两点 方向的距离 或两点 间的距离 此式只适用于 电场 2 电场中 电势降落最快的方向为 3 在匀强电场中 场强在数值上等于 每单位距离上的电势差 答案 一 电势差与电场强度的关系1 匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积 即 uab ed 推导过程如下 如右图所示的匀强电场中 把一点电荷q从a移到b 则电场力做功为 w quab 且与路径无关 另外 由于是匀强电场 所以移动电荷时 电场力为恒力 可仍用求功公式直接求解 假设电荷所走路径是由a沿直线到达b 则做功两式相比较 uab ed 2 电场强度与电势差的关系的物理意义在匀强电场中 电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的比值 也就是说 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 3 电场强度的单位 伏每米 v m 1v m 1n c 4 电势差与电场强度的对比分析 如图所示是匀强电场中的一组等势面 若a b c d相邻两点间距离为2cm a和p点间的距离为1 5cm 则该电场的场强e和p点的电势 p分别为多大 变式迁移 1 如右图所示 两平行金属板a b相距d 3cm 接在电压u 12v的电池组上 两板间形成匀强电场 电池组的中点接地 1 计算两板间的场强 2 在距a板d 1cm处 平行于板面插入一块薄金属片c 计算ac cb两区域的场强及ac cb间的电势差 解析 1 两板间的场强 2 两金属板a b内是匀强电场 因此ac cb两区域内的电场仍为e 400v m 由e 可算出ac cb间的电势差分别为uac ed 4vucb e d d 8v 答案 1 400v m 2 uac 4v ucb 8v 二 公式u ed的理解1 理解 公式uab ed中d必须是沿场强方向的距离 如果电场中两点不沿场强方向 d的取值应为在场强方向的投影 即为电场中该两点所在的等势面的垂直距离 2 应用 公式u ed仅适用于匀强电场中的计算 在非匀强电场中不能用来计算 但利用公式u ed可定性地判定非匀强电场中两点间电势差的大小 例如上图是一非匀强电场 某一电场线上a b c三点 比较uab和ubc的大小 我们可以设想 ab段的场强要比bc段的场强大 因而 uab e1 ubc e2 uab ubc 这里的e1 e2分别指ab段 bc段场强的平均值 由此我们可以得出一个重要结论 在同一幅等势面图中 等势面越密的地方场强越大 事实上 在同一幅等势面图中 我们往往把每两个相邻等势面间的电势差取一个定值 如果等势面越密 即相邻等势面的间距越小 那么场强e u d就越大 3 场强的方向就是电势降低最快的方向只有沿场强方向 在单位长度上的电势差最大 也就是说电势降低最快的方向为电场强度的方向 但是 电势降落的方向不一定是电场强度的方向 4 电场强度三个公式的对比 解析 解法一如图所示 连接ac bd 交点o为两对角线公共的点 变式迁移 2 空气是不导电的 但是如果空气中的电场很强 使得气体分子中带正 负电荷的微粒所受的相反的静电力很大 以至于分子破碎 于是空气中出现了可以自由移动的电荷 空气变成了导体 这个现象叫做空气的 击穿 已知空气的击穿场强为3 106v m 如果观察到某次闪电的火花长约100m 发生此次闪电的电势差约为多少 分析 设空气中存在一个匀强电场