高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册电势差与电场强度的关系图片课件ppt

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册电势差与电场强度的关系图片课件ppt，共78页。
基础知识·准落实梳理归纳 自主学习
知识点一　电势差与静电力做功
（1）定义：在物理学中，电场中两点间 ⁠的差值称为电势差，用符号U表示。
（2）定义式：UAB＝ ⁠。
（3）单位：与电势单位相同，国际单位是 ，符号为 ⁠。
（4）标矢性：电势差是 ，但是有正负。UAB为正值，表示A点电势比B点电势 ，UAB为负值，表示A点电势比B点电势 ， ＝－UBA。
（1）公式：WAB＝EpA－EpB＝ ⁠。
（2）电子伏特：1 eV＝ J，表示一个电子在电势差为 的两点间移动时静电力所做的功。
1.60×10－19　
知识点二　匀强电场中电场强度与电势差的关系
2. 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这两点沿 方向的距离之比，或者说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 的乘积。
（2）d为两点沿 方向的距离。
4. 电场强度的另一个单位，即伏特每米，符号为V/m；1 V/m＝1N/C。
如图所示的匀强电场中有A、B两点，A、B两点连线与电场线平行，B、C连线垂直电场线，已知场强大小为E，A、B两点间的电势差为UAB，A、B间距离为d，电荷q从A点移动到B点。
（1）电荷所受静电力是F＝qE。（　√　）
（2）根据功的定义式计算静电力所做功的大小WAB＝Fd＝qEd。（　√　）
（3）根据电势差的定义式可知静电力做功WAB＝qUAB。（　√　）
（4）比较两次计算的功的大小，电势差与电场强度的关系为UAB＝Ed。（　√　）
核心要点·快突破互动探究 深化认知
要点一　电势差与电场力做功的关系
　在如图所示的电场中有A、B两点，若选取无穷远处为零电势点，A、B两点的电势分别为φA、φB。
（1）A、B两点的电势差UAB是多少？若把某电荷q从A移到B，电荷的电势能变化了多少？
（2）根据电场力做功与电势能变化的关系，求电场力对该电荷做的功。
提示：WAB＝EpA－EpB＝qφA－qφB＝q（φA－φB）＝qUAB。
1. 对电势差的几点认识
（1）电场中两点间的电势差，由电场本身决定，与在这两点间移动的电荷的电荷量、静电力做功的大小无关。在确定的电场中，即使不放入电荷，任何两点间的电势差也是确定值。
（2）对于电势差必须明确指出是哪两点间的电势差，而且先后顺序不能乱。如A、B间的电势差记为UAB，B、A间的电势差记为UBA，且UAB＝－UBA。
（3）电势差为标量，有正、负之分，电势差的正负表示电场中两点电势的高低。
（4）电场中两点间的电势差与零电势位置的选取无关。
2. 电势差与电势的区别与联系
3. 对电场力做功公式WAB＝qUAB的理解
（1）公式WAB＝qUAB适用于任何电场，UAB为电场中A、B两点间的电势差。
（2）公式中各量均有正负，计算中W和U的角标要相互对应，即WAB＝qUAB，WBA＝qUBA。
（3）电势、电势差、电势能、电场力做功的关系
【典例1】　有一带电荷量q＝－3×10－6 C的点电荷，从电场中的A点移到B点时，克服静电力做功6×10－4 J，从B点移到C点时，静电力做功9×10－4 J。求：（1）A、B，B、C，C、A间电势差各为多少；
答案：200 V　－300 V　100 V
（2）如果B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少，电荷在A、C两点的电势能各为多少。
答案：200 V　300 V　－6×10－4 J 　－9×10－4 J
解析：若φB＝0，则φA＝200 V，φC＝300 VEpA＝φAq＝200×（－3×10－6）J＝－6×10－4 J。EpC＝φCq＝300×（－3×10－6）J＝－9×10－4 J。
1. （多选）若在某电场中将5.0×10－8 C的正电荷由A点移到B点，静电力做功6.0×10－3 J，则（　　）
2. 在电场中将一带电荷量q＝－1×10－9 C的负电荷从B点移至A点时，克服静电力做功2×10－6 J，将该电荷从A点移至C点，则需克服静电力做功3×10－6 J，则B、C间的电势差大小为（　　）
要点二　电场强度与电势差的关系
大家知道，在电场中顺着电场线方向电势降低，如图所示，ab＝bc。若a点电势为8 V，b点电势为6 V，思考：c点电势为4 V吗？请说明理由。
提示：不一定；a、b、c为某条电场线上的三个点，且ab＝bc，由于不知电场的性质，所以电势差Uab与Ubc的大小不能确定。
【典例2】　如图所示，在匀强电场中，将一电荷量为2×10－4 C的负电荷由A点移到B点，其电势能增加了0.2 J，已知A、B两点间距离为2 cm，两点连线与电场方向成60°角，求：
（1）电荷由A移到B的过程中，静电力所做的功WAB；
解析：因负电荷由A移到B的过程中，电势能增加了ΔE＝0.2 J，所以这个过程中静电力对负电荷所做的功WAB＝－ΔE＝－0.2 J。
（2）A、B两点间的电势差UAB；
答案： 1 000 V
（3）该匀强电场的电场强度E。
答案： 1×105 V/m
1. 如图所示，在xOy平面内有一个以O为圆心、半径R＝0.1 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θ。若空间存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度大小E＝100 V/m，则O、P两点间的电势差可表示为（　　）
解析：　由题图可知匀强电场的方向是沿y轴负方向的，沿着电场线方向电势降低，所以P点的电势高于O点的电势，O、P两点间的电势差UOP为负值，根据电势差与电场强度的关系可得UOP＝－Ed＝－E·Rsin θ＝－10sin θ（V），故A正确。
2. 已知高铁站台上方高压电网的电压峰值为27.5 kV。阴雨天雨伞伞尖周围的电场强度达到5×105 V/m时，空气就有可能被击穿。乘客阴雨天打伞站在站台上，试估算伞尖与高压电网的距离为多少时空气可能被击穿（　　）
要点三　等分法确定等势面与电场线
结论1：在匀强电场中，长度相等且相互平行的两线段端点间的电势差相等，如图甲所示，则UAB＝UDC（或φA－φB＝φD－φC），同理可知，UAD＝UBC。
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线垂直画出电场线，且电场线的方向由电势高的等势线指向电势低的等势线。
【典例3】　如图所示，在平行于匀强电场的平面内，有一个边长为6 cm的等边三角形ABC，A、B、C三点电势分别为8 V、－4 V和2 V，D为靠近A点的AB线段的三等分点。下列说法正确的是（　　）
2. 如图所示，在平面直角坐标系中，有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，则该电场的电场强度（　　）
【典例4】　 （多选）如图所示，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OM＝MN。P点在y轴右侧，MP⊥ON，则下列说法正确的是（　　）
解析：过P点做等势线，可得到过P点的等势线通过M、N之间，如图所示。因顺着电场线电势逐渐降低，则有φM＞φP＞φN，A正确；将负点电荷由O点移到P点，静电力做负功，B错误；根据U＝Ed进行定性分析可知UMN＜UOM，C错误，D正确。
1. 如图所示，三个同心圆是一个点电荷周围的三个等势面，已知这三个圆的半径成等差数列。A、B、C分别是这三个等势面上的点，且这三点在同一条电场线上。A、C两点的电势依次为φA＝10 V和φC＝2 V，则B点的电势（　　）
解析：　根据点电荷电场强度公式可知，EA＞EB＞EC，又AB＝BC，由公式UAB＝Ed可以判断UAB＞UBC，即φA－φB＞φB－φC，所以φB＜6 V，故B正确。
2. （多选）如图所示，实线为电场线，虚线为等势线，且AB＝BC，电场中A、B、C三点的电场强度分别为EA、EB、EC，电势分别为φA、φB、φC，A、B间和B、C间的电势差分别为UAB、UBC，则下列关系中正确的有（　　）
解析：　沿电场线方向，电势越来越低，所以A点电势最高，C点电势最低，A正确；电场线越密集的地方电场强度越大，由图可知，C点电场强度最大，A点电场强度最小，B错误；由于B、C间的电场强度大于A、B间的电场强度，由U＝Ed可知，UAB＜UBC，C正确，D错误。
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1. （多选）关于电势差UAB和电势φA、φB的理解，正确的是（　　）
解析：　UAB表示A点相对于B点的电势差，UAB＝φA－φB，A错误；UBA表示B点相对于A点的电势差，UBA＝φB－φA，故UAB＝－UBA，B正确；电势是标量，正负号是相对于零电势点而言的，正号表示高于零电势点，负号表示低于零电势点，C错误；零电势点理论上是可以任意选取的，但通常取无穷远处或大地为零电势点，D正确。
2. 如图所示，A、B、C、D是匀强电场中的矩形的四个顶点，电场线与矩形所在平面平行，A、B、C三点电势分别为φA＝8 V，φB＝2 V，φC＝3 V，则D点的电势为（　　）
解析：　因为在匀强电场中，长度相等且相互平行的两线段端点间的电势差相等，所以UAB＝UDC，即8 V－2 V＝φD－3 V，解得φD＝9 V，故D正确。
3. 电荷量为＋Q的点电荷与一无限大接地金属板（电势为零）MN相距为2d，所形成的电场的电场线如图所示。图中P点与金属板相距为d，R点与P点关于点电荷对称，且测得P点电势为0.5 V，则下列说法中正确的是（　　）
解析：　根据电场线的疏密表示电场强度的大小，则R点的电场强度小于P点的，A错误；电场线的疏密表示电场强度的大小，距离Q同样远处且在Q左侧的点电场强度小于右侧的点的电场强度，根据U＝Ed，无穷远处电势为零，则R点电势大于0.5 V，带正电试探电荷从R点移动到P点，静电力做功不等于零，B错误；P点左侧电场线比较密，则左侧的电场强度较大，根据U＝Ed，则UQP＞0.5 V，点电荷与金属板间的电势差大于1 V，C错误；金属板处于静电平衡状态，是等势体，表面是等势面，D正确。
4. 如图所示，在△ABC中，∠B为直角，∠A＝60°，AB＝4 cm，空间中存在一匀强电场，其方向平行于△ABC所在的平面，A、B、C三点的电势分别为0 V、2 V、8 V，则该电场的电场强度为（　　）
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2. 如图所示，a、b、c为电场中同一条电场线上的三点，其中c为ab的中点，已知a、b两点的电势分别为φa＝－2 V，φb＝－4 V，则下列叙述中正确的有（　　）
解析：　因a点电势高于b点电势，沿电场线方向电势降低，可知这条电场线上的电场强度方向是由a指向b，选项A正确；该电场不一定是匀强电场，则在c点处的电势不一定为－3 V，选项B错误；一条电场线不能确定疏密，则a、b两点的电场强度大小不能比较，选项C错误；正电荷在高电势点的电势能较大，则正电荷从a点运动到b点的过程中电势能减小，选项D错误。
3. 某匀强电场的等势面分布图如图所示，每两个相邻等势面相距2 cm，则电场强度E的大小和方向分别为（　　）
4. 如图所示，匀强电场电场强度E＝100 V/m，A、B两点相距10 cm，A、B连线与电场线夹角为60°，则UAB为（　　）
解析：　由图示可知，AB方向与电场线方向间的夹角θ＝60°，A、B两点沿电场方向的距离 d＝lcs 60°，A、B两点间的电势差UAB＝Ed＝Elcs 60°＝100×0.1×0.5 V＝5 V，A正确，B、C、D错误。
5. 如图所示，在匀强电场中虚线为电场线，O、A、B、C四点共线，且AB＝2OA＝2BC＝6 cm，θ＝60°。已知A点电势为零，一电子在O点电势能为－6 eV，则下列说法正确的是（　　）
6. （多选）如图所示，在某电场中画出了三条电场线，C点是A、B连线的中点。已知A点的电势为φA＝30 V，B点的电势为φB＝－20 V，则下列说法中正确的是（　　）
解析：　由题图可知，AC段的电场线比CB段的电场线密，则有AC段的电场强度比CB段的电场强度大，由U＝Ed可知，A、C间的电势差UAC大于C、B间的电势差UCB，所以UAC＞UCB，即φA－φC＞φC－φB，已知：φA＝30 V，φB＝－20 V，可得φC ＜5 V，A错误，B正确；正电荷在电势高处电势能大，将正电荷从A点经C点移到B点，电荷的电势能减小，则静电力对该正电荷做正功，C错误；A点的电势高于B点的电势，负电荷在电势高处电势能小，所以负电荷在A点的电势能小于在B点的电势能，D正确。
7. （多选）如图所示，在匀强电场中有A、B、C三点，三点构成直角三角形，∠A＝37°，AB边长为5 m，D为AB中点，电场线与ABC所在平面平行，A、B、C三点的电势分别为14 V、6 V和6 V，取sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，则（　　）
8. （多选）一匀强电场的方向平行于xOy平面，平面内a、b、c三点的位置如图所示，三点的电势分别为10 V、17 V、26 V，下列说法正确的是（　　）
9. （多选）如图所示，A、B、C、D、E、F为匀强电场中一个边长为10 cm的正六边形的六个顶点，A、B、C三点电势分别为1 V、2 V、3 V，则下列说法正确的是（　　）
10. 如图所示，梯形abdc位于某匀强电场所在平面内，两底角分别为60°、30°，cd＝2ab＝4 cm。已知a、b两点的电势分别为4 V、0，将电荷量q＝1.6×10－3 C的正电荷由a点移动到c点，克服静电力做功6.4×10－3 J。下列关于电场强度的说法正确的是（　　）
11. 如图所示，直角梯形ABCD位于水平向右的匀强电场中，AB＝0.4 m、BC＝0.3 m，BC边和AD边均水平。将一电荷量q＝－2×10－7 C的负点电荷从A点移动到C点，该点电荷克服静电力做的功W0＝1.8×10－6 J。求：
（1）B、C两点间的电势差UBC；
（2）匀强电场的电场强度的大小E。
解析：根据匀强电场中电势差与电场强度的关系有UBC＝Ed，解得E＝30 V/m。
12. 如图所示，M、N两极板间匀强电场的场强大小E＝2.4×104 N/C，方向竖直向上。电场中A、B两点相距10 cm，A、B连线与电场方向的夹角θ＝60°，A点和M板间距为2 cm。
（1）此时UAB等于多少？
答案：1 200 V　
（2）一点电荷的电荷量q＝5×10－8 C，它在A、B两点的电势能之差为多少？若M板接地，A点电势是多少？B点电势是多少？
答案：6×10－5 J　－480 V　－1 680 V