2024版新教材高中物理第十章靜電場(chǎng)中的能量3.電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系課件新人教版必修第三冊(cè)

3．電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系核心素養(yǎng)定位物理觀(guān)念知道勻強(qiáng)電場(chǎng)的概念，知道勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)和等差等勢(shì)線(xiàn)是間距相等的平行直線(xiàn)科學(xué)思維通過(guò)分析，知道等差等勢(shì)面和電場(chǎng)線(xiàn)的疏密程度存在對(duì)應(yīng)關(guān)系科學(xué)探究從試探電荷在電場(chǎng)中的移動(dòng)，領(lǐng)會(huì)勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系的推導(dǎo)過(guò)程科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過(guò)從不同角度認(rèn)識(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)、電勢(shì)差的關(guān)系，使學(xué)生養(yǎng)成多角度、多方面看問(wèn)題的學(xué)習(xí)品質(zhì)導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)共研·突破關(guān)鍵能力精練·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)一、勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系1．勻強(qiáng)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于________與這兩點(diǎn)____________的距離的乘積．2．公式：UAB＝________．3．適用條件：________電場(chǎng)．電場(chǎng)強(qiáng)度沿電場(chǎng)方向Ed勻強(qiáng)

電勢(shì)差沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向的距離電場(chǎng)單位距離伏每米【情境思考】在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的許多領(lǐng)域，常常需要通過(guò)控制電極的形狀和電勢(shì)來(lái)調(diào)整和控制電場(chǎng)．如圖所示，兩平行金屬極板正對(duì)放置，在極板G的中央挖一圓孔，將兩極板加一定電壓，且極板K電勢(shì)較高，用實(shí)驗(yàn)的方法描繪出等勢(shì)面．設(shè)從極板K的中心處發(fā)射出一束平行于中心軸(x軸)的電子，不考慮電子的重力及電子間的相互作用力．判斷以下問(wèn)題．(1)電子通過(guò)孔后向遠(yuǎn)離中心軸的方向發(fā)散．(

)(2)沿著中心軸線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的電子一直做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．(

)(3)如有兩束電子會(huì)聚到同一點(diǎn)F，電場(chǎng)力對(duì)它們做功一定相同．(

)××√

拓展2

電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)的關(guān)系(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E＝0時(shí)，該點(diǎn)的電勢(shì)φ不一定為0，例如圖中等量正點(diǎn)電荷連線(xiàn)的中點(diǎn)O處．(2)電勢(shì)φ＝0時(shí)，該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E不一定為0，例如圖中等量異種點(diǎn)電荷連線(xiàn)的中點(diǎn)O處．(3)電場(chǎng)強(qiáng)度相等的地方電勢(shì)不一定相等，如勻強(qiáng)電場(chǎng)中．(4)電勢(shì)相等的地方電場(chǎng)強(qiáng)度不一定相同，如點(diǎn)電荷周?chē)牡葎?shì)面．共研·突破關(guān)鍵能力

答案：B

例2.如圖是勻強(qiáng)電場(chǎng)遇到空腔導(dǎo)體后的部分電場(chǎng)線(xiàn)分布圖，正方形ABCD的對(duì)角線(xiàn)BD邊正好與圖中豎直向上的直電場(chǎng)線(xiàn)重合，O點(diǎn)是正方形兩對(duì)角線(xiàn)的交點(diǎn)．下列說(shuō)法正確的是(

)A．將一正電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電荷的電勢(shì)能增加B．O點(diǎn)電勢(shì)與C點(diǎn)電勢(shì)相等C．DO間的電勢(shì)差等于OB間的電勢(shì)差D．在O點(diǎn)放置一負(fù)點(diǎn)電荷，該電荷所受電場(chǎng)力的方向豎直向下答案：D解析：將一正電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，電荷的電勢(shì)能減少，A錯(cuò)誤；由于等勢(shì)面與電場(chǎng)線(xiàn)垂直，由圖可知O、C兩點(diǎn)不在同一條等勢(shì)線(xiàn)上，電勢(shì)不相等，B錯(cuò)誤；電場(chǎng)線(xiàn)越密集，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，沿著電場(chǎng)線(xiàn)電勢(shì)降落的越快，因此DO間的電勢(shì)差大于OB間的電勢(shì)差，C錯(cuò)誤；由于負(fù)電荷所受電場(chǎng)力的方向逆著電場(chǎng)線(xiàn)，在O點(diǎn)放置一負(fù)點(diǎn)電荷，該電荷所受電場(chǎng)力的方向豎直向下，D正確．

[訓(xùn)練1]正常情況下空氣是不導(dǎo)電的，但是如果空氣中的電場(chǎng)很強(qiáng)，空氣也可以被擊穿，空氣被擊穿時(shí)會(huì)看到電火花或閃電．若觀(guān)察到某次閃電的火花長(zhǎng)約100m，且已知空氣的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度為3×106V/m，那么發(fā)生此次閃電的電勢(shì)差約為(

)A．3×108VB．3×106VC．3×104VD．3×10－5V解析：將空氣中的電場(chǎng)視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，由U＝Ed，可得U＝3×108V，A正確．答案：A[訓(xùn)練2]如圖所示，三個(gè)同心圓是點(diǎn)電荷q周?chē)娜齻€(gè)等勢(shì)面，A、B、C是這三個(gè)等勢(shì)面與一條電場(chǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)，且AB＝BC.A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為φA＝10V，φC＝2V，則B點(diǎn)的電勢(shì)(

)A．等于6VB．低于6VC．高于6VD．無(wú)法確定

答案：B[訓(xùn)練3]

(多選)如圖所示，a、b、c為電場(chǎng)中同一條水平方向電場(chǎng)線(xiàn)上的三點(diǎn)，c為ab中點(diǎn)．a(chǎn)、b電勢(shì)分別為φa＝5V，φb＝3V，下列敘述正確的是(

)A．該電場(chǎng)在c點(diǎn)處的電勢(shì)一定為4VB．a(chǎn)點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)Ea一定大于b點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)EbC．一正電荷從c點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，電勢(shì)能一定減少D．一正電荷運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力由a指向c解析：該電場(chǎng)不一定是勻強(qiáng)電場(chǎng)，無(wú)法比較a、b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小，c點(diǎn)的電勢(shì)也不一定為4V，但電場(chǎng)方向由a→b，正電荷在c點(diǎn)所受電場(chǎng)力方向一定由a指向c，正電荷由c運(yùn)動(dòng)到b的過(guò)程中，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能一定減少，故C、D正確，A、B錯(cuò)誤．答案：CD目標(biāo)二等分法確定等勢(shì)面和電場(chǎng)線(xiàn)【導(dǎo)思】

如圖，沿哪個(gè)方向電勢(shì)降落最快？電勢(shì)降落最快的方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向具有怎樣的關(guān)系？提示：沿A→C方向電勢(shì)降落最快；電場(chǎng)強(qiáng)度的方向就是電勢(shì)降落最快的方向．

3．確定電場(chǎng)方向的方法(1)畫(huà)等勢(shì)線(xiàn)：先由等分法確定電勢(shì)相等的點(diǎn)，畫(huà)出等勢(shì)線(xiàn)．(2)畫(huà)電場(chǎng)線(xiàn)：根據(jù)電場(chǎng)線(xiàn)與等勢(shì)面垂直畫(huà)出電場(chǎng)線(xiàn)，且電場(chǎng)線(xiàn)的方向由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面．【典例】例3.如圖所示，虛線(xiàn)方框內(nèi)有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，A、B、C為該電場(chǎng)中的三點(diǎn)，已知φA＝12V，φB＝6V，φC＝－6V.試在該虛線(xiàn)框內(nèi)作出該電場(chǎng)的示意圖(畫(huà)出幾條電場(chǎng)線(xiàn))，并要求保留作圖時(shí)所用的輔助線(xiàn)．

例4.如圖所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電荷量q＝5.0×10－10C的正電荷由a點(diǎn)移到b點(diǎn)和由a點(diǎn)移到c點(diǎn)，電場(chǎng)力做功都是3.0×10－8J．已知a、b、c三點(diǎn)的連線(xiàn)組成了一個(gè)直角三角形，ab＝20cm，∠a＝37°，∠c＝90°，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.(1)求a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差Uab；(2)求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度．60V375V/m方向與bc邊垂直且由a指向c

[訓(xùn)練4]

(多選)如圖所示，A、B、C是勻強(qiáng)電場(chǎng)中平行于電場(chǎng)線(xiàn)的某一平面上的三個(gè)點(diǎn)，各點(diǎn)的電勢(shì)分別為φA＝5V，φB＝2V，φC＝3V，H、F三等分AB，G為AC的中點(diǎn)．在下列各示意圖中，能正確表示該電場(chǎng)強(qiáng)度方向的是(

)答案：BC解析：勻強(qiáng)電場(chǎng)中將任一線(xiàn)段等分，則電勢(shì)差等分．把AB等分為三段，AB間電壓為3V，則每等分電壓為1V，H點(diǎn)電勢(shì)為4V，F(xiàn)點(diǎn)電勢(shì)為3V，將FC相連，則FC為等勢(shì)線(xiàn)，電場(chǎng)線(xiàn)垂直于FC，從高電勢(shì)指向低電勢(shì)，C正確；AC上，G為中點(diǎn)，AC被等分為兩份，AC間電壓為2V，則G點(diǎn)電勢(shì)為4V，GH為等勢(shì)線(xiàn)，電場(chǎng)線(xiàn)垂直于GH，從高電勢(shì)指向低電勢(shì)，B正確．[訓(xùn)練5]

(多選)如圖所示，A、B、C、D、E、F為勻強(qiáng)電場(chǎng)中一個(gè)邊長(zhǎng)為10cm的正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn)，A、B、C三點(diǎn)電勢(shì)分別為1V、2V、3V，正六邊形所在平面與電場(chǎng)線(xiàn)平行．下列說(shuō)法正確的是(

)A．通過(guò)CD和AF的直線(xiàn)應(yīng)為電場(chǎng)中的兩條等勢(shì)線(xiàn)B．勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為10V/mC．勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向?yàn)橛蒀指向AD．將一個(gè)電子由E點(diǎn)移到D點(diǎn)，電子的電勢(shì)能將減少1.6×10－19J

答案：ACD

精練·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)

答案：D2．如圖所示，a、b、c是一條電場(chǎng)線(xiàn)上的三個(gè)點(diǎn)，電場(chǎng)線(xiàn)的方向由a到c，a、b間的距離等于b、c間的距離，用φa、φb、φc和Ea、Eb、Ec分別表示a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)和電場(chǎng)強(qiáng)度，可以判定(

)A．φa＞φb＞φc

B．Ea＞Eb＞EcC．φa－φb＝φb－φc

D．Ea＝Eb＝Ec答案：A解析：電場(chǎng)線(xiàn)是沿直線(xiàn)的電場(chǎng)，通常有如圖所示幾種情況：題中給出的一條電場(chǎng)線(xiàn)，不一定是哪一種，故B、C、D錯(cuò)誤；不論是何種情況的電場(chǎng)，沿著電場(chǎng)線(xiàn)方向電勢(shì)總是降低的，φa>φb>φc，故A正確．3．醫(yī)生用心電圖檢查儀為一位身高1.8m的運(yùn)動(dòng)員體檢，她把電極吸在身體5個(gè)不同的位置，如圖所示．如果人體從頭往腳的方向構(gòu)成勻強(qiáng)電場(chǎng)，其中有兩個(gè)點(diǎn)的電勢(shì)差最大，約為500μV，則電場(chǎng)強(qiáng)度約為(

)A.278μV/mB．500μV/mC．1000μV/mD．1250μV/m

答案：B4．如圖所示，在某電場(chǎng)中畫(huà)出了四條電場(chǎng)線(xiàn)，C、D兩點(diǎn)是AB連線(xiàn)的三等分點(diǎn)．已知A點(diǎn)的電勢(shì)為φA＝30V，B點(diǎn)的電勢(shì)為φB＝0，則(

)A．C點(diǎn)的電勢(shì)φC＝20VB．C點(diǎn)的電勢(shì)φC<20VC．C點(diǎn)的電勢(shì)φC>20VD．A、B、C都