高二物理人教版選修3-1課件 第1章靜電場(chǎng) 第6節(jié)《電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第六節(jié)電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 理解勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差跟電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系UAB Ed 2 知道電場(chǎng)強(qiáng)度另一個(gè)單位 伏特每米 的物理意義 重點(diǎn)難點(diǎn) 用E UAB d解決有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題 易錯(cuò)問(wèn)題 E UAB d中的d是沿場(chǎng)強(qiáng)方向A B兩點(diǎn)之間的距離 電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 1 如圖1 6 1所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn) 則靜電力做的功W與UAB的關(guān)系為 從q受到的靜電力來(lái)計(jì)算這個(gè)功 則F W 結(jié)合兩種計(jì)算方法得出的結(jié)果可得UAB 圖1 6 1 WAB qUAB qE Fd qEd Ed 2 勻強(qiáng)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于電場(chǎng)強(qiáng)度與這兩點(diǎn)沿方向的距離的乘積 3 電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系還可寫作E 4 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 電場(chǎng)強(qiáng)度的大小等于兩點(diǎn)間的電勢(shì)差與兩點(diǎn)沿方向距離的比值 即電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向每單位距離上降低的 電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度 電勢(shì) 一 對(duì)公式E 的理解1 公式E 反映了電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差之間的關(guān)系 由公式可知 電場(chǎng)強(qiáng)度的方向就是電場(chǎng)中電勢(shì)降低最快的方向 2 對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng) 用公式E 可以定性分析某些問(wèn)題 例如等差等勢(shì)面E越大處 d越小 因此可以斷定 等勢(shì)面越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度也越大 3 推論 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 兩長(zhǎng)度相等且相互平行的線段兩端的電勢(shì)差相等 當(dāng)線段與場(chǎng)強(qiáng)平行時(shí) 由U Ed可知 d相等 U相同 當(dāng)線段與場(chǎng)強(qiáng)不平行時(shí) 只要沿場(chǎng)強(qiáng)方向投影的長(zhǎng)度相等 U相同 如圖1 6 2所示 ABCD中 UAB UDC UBC UAD 圖1 6 2 E 適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)的計(jì)算 但對(duì)于某些非勻強(qiáng)電場(chǎng)問(wèn)題 有時(shí)也可以進(jìn)行定性地分析 二 三個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度公式的比較 1 應(yīng)用不同的公式解決不同的問(wèn)題 要注意公式適用條件 2 要理解公式中各個(gè)物理量的意義 如公式E 中 d是沿電場(chǎng)方向的距離 平行的帶電金屬板A B間是勻強(qiáng)電場(chǎng) 如圖1 6 3所示 兩板間距離是5cm 兩板間的電壓是60V 例1 圖1 6 3 1 兩板間的場(chǎng)強(qiáng)是多大 2 電場(chǎng)中有P1和P2兩點(diǎn) P1點(diǎn)離A板0 5cm P2點(diǎn)離B板也是0 5cm P1和P2兩點(diǎn)間的電勢(shì)差多大 3 若B板接地 P1和P2兩點(diǎn)的電勢(shì)各是多少伏 答案 1 1 2 103V m 2 48V 3 54V6V 思維總結(jié) 應(yīng)用U Ed求兩點(diǎn)間的電勢(shì)差 一定要正確理解 d 是兩點(diǎn)間沿電場(chǎng)方向的距離 而求某點(diǎn)的電勢(shì) 我們是通過(guò)求這點(diǎn)與電勢(shì)零點(diǎn)的電勢(shì)差實(shí)現(xiàn)的 由U Ed計(jì)算其數(shù)值 電勢(shì)的正負(fù)由該點(diǎn)與電勢(shì)零點(diǎn)的電勢(shì)高低比較而定 1 如圖1 6 4所示 勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E 100V m A B兩點(diǎn)相距10cm A B連線與電場(chǎng)線夾角為60 則UBA之值為 A 10VB 10VC 5VD 5V答案 C 圖1 6 4 2008年高考江蘇物理卷 如圖1 6 5所示 實(shí)線為電場(chǎng)線 虛線為等勢(shì)線 且AB BC 電場(chǎng)中的A B C三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)分別為EA EB EC 電勢(shì)分別為 A B C AB BC間的電勢(shì)差分別為UAB UBC 則下列關(guān)系中正確的有 例2 圖1 6 5 A A B CB EC EB EAC UAB UBCD UAB UBC 思路點(diǎn)撥 公式U Ed在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中可用于定性分析 解析 由題圖中電場(chǎng)線的分布規(guī)律可知 電場(chǎng)不是勻強(qiáng)電場(chǎng) C附近稠密 A附近稀疏 C附近的場(chǎng)強(qiáng)大于A附近的場(chǎng)強(qiáng) 選項(xiàng)B正確 由公式U Ed知 UBC UAB 選項(xiàng)C對(duì) D錯(cuò) 由電場(chǎng)線的方向是電勢(shì)降低的方向得選項(xiàng)A正確 答案 ABC 題后反思 本題涉及電場(chǎng)中的三個(gè)基本物理量 各個(gè)物理量都是由哪些因素確定的 它們之間又有什么關(guān)系是解決問(wèn)題的關(guān)鍵 2 圖1 6 6中的實(shí)線為電場(chǎng)線 虛線為等勢(shì)線 a b兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為 a 50V b 20V 則a b連線的中點(diǎn)c的電勢(shì) c應(yīng)為 圖1 6 6 A c 35VB c 35VC c b 15 35V 故B項(xiàng)正確 如圖1 6 7所示 A B C是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn) 已知A B C三點(diǎn)的電勢(shì)分別為 A 15V B 3V C 3V 試確定場(chǎng)強(qiáng)的方向 并畫出電場(chǎng)線 例3 圖1 6 7 解析 根據(jù)A B C三點(diǎn)電勢(shì)的特點(diǎn) 在AC連線上取M N兩點(diǎn) 使AM MN NC 如圖1 6 8所示 圖1 6 8 答案 見解析 3 2010年北京海淀模擬 如圖1 6 9所示 平行直線AA BB CC DD EE 分別表示電勢(shì) 4V 2V 0 2V 4V的等勢(shì)線 若AB BC CD DE 2cm 且與直線MN成30 角 則 圖1 6 9 A 該電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng) 場(chǎng)強(qiáng)方向垂直于AA 且右斜下B 該電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng) 場(chǎng)強(qiáng)大小為2V mC 該電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng) 距C點(diǎn)距離為2cm的所有點(diǎn)中 最高電勢(shì)為4V 最低電勢(shì)為 4VD 若一個(gè)正電荷從A點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn) 通過(guò)AB段損失動(dòng)能E 則通過(guò)CD段損失動(dòng)能也為E 解析 選CD 由該電場(chǎng)的等勢(shì)面特征可以看出 該電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng) 電場(chǎng)線方向垂直于等勢(shì)面且從電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面 故場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)榇怪庇贏A 且左斜上 A錯(cuò)誤 場(chǎng)強(qiáng)的大小可以由E U d得出 式中d表示沿電場(chǎng)線方向的距離 即兩等勢(shì)面之間的距離 根據(jù)幾何關(guān)系可知 相鄰兩個(gè)等勢(shì)面之間距離為1cm 電勢(shì)差為2V 故電場(chǎng)強(qiáng)度為200V m B錯(cuò)誤 以點(diǎn)C為圓心2cm為半徑作圓 恰好與 4V和4V兩個(gè)等勢(shì)面相切 故C正確 正電荷從A向E運(yùn)動(dòng)電勢(shì)能增加 動(dòng)能減少 由于UAB UBC 根據(jù)動(dòng)能定理和W qU得 A到B和C到D過(guò)程電荷損失的動(dòng)能相等 故選C D 1 在靜電場(chǎng)中 下列說(shuō)法中正確的是 A 場(chǎng)強(qiáng)處處為零的區(qū)域內(nèi) 電勢(shì)一定處處相等B 場(chǎng)強(qiáng)處處相同的區(qū)域內(nèi) 電勢(shì)也一定處處相等C 電勢(shì)降低的方向一定是場(chǎng)強(qiáng)方向D 同一電場(chǎng)中等勢(shì)面分布越密的地方 場(chǎng)強(qiáng)一定越大 解析 選AD 勻強(qiáng)電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)處處相等 但電勢(shì)不一定相等 場(chǎng)強(qiáng)處處為零處電勢(shì)一定相等 所以A項(xiàng)對(duì) B項(xiàng)錯(cuò) 電場(chǎng)方向是電勢(shì)降落最快的方向 C項(xiàng)錯(cuò) D項(xiàng)是電場(chǎng)線與等勢(shì)面的關(guān)系 正確 2 以下關(guān)于與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)的幾個(gè)公式的說(shuō)法 其中不正確的是 A 公式U E d只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)B 只要電場(chǎng)中電場(chǎng)線是直線 公式U E d就適用C 公式E F q是定義式 適用于任何電場(chǎng)D 公式E kQ r2是由庫(kù)侖定律得出的 因而只適用于 真空中 點(diǎn)電荷的電場(chǎng) 解析 選B 在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中電場(chǎng)線是直線 但公式U Ed不成立 故B錯(cuò) 3 如圖1 6 10所示 在一勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域中 有A B C D四點(diǎn)恰好位于一平行四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)上 已知A B C三點(diǎn)電勢(shì)分別為 A 1V B 4V C 0 則D點(diǎn)電勢(shì) D的大小為 A 3VB 0C 2VD 1V 圖1 6 10 解析 選A 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 由于AD與BC平行且相等 故UAD UBC 即 A D B C 代入數(shù)據(jù)解得 D 3V 4 如圖1 6 11所示是電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線 已知ab bc 則下列說(shuō)法中正確的是 A Ea Eb EcB Ea Eb EcC a b cD Uab Ubc答案 C 圖1 6 11 5 如圖1 6 12所示是一組不知方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線 把1 0 10 6C的負(fù)電荷從A點(diǎn)沿水平線移到B點(diǎn) 靜電力做了2 0 10 6J的功 A B兩點(diǎn)間的距離為2cm 問(wèn) 圖1 6 12 1 勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為多大 方向如何 2 A B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為多大 答案 1 200V m方向沿直線由下而上 2 2V 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全