高中物理人教必修三第10章第3節(jié) 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系課件

1、電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系人教版高中物理 必修3新知導(dǎo)入觀察思考：如圖是帶電體空間分布的電場線和等勢面的剖面圖，等勢面就成了等勢線。觀察電場線和等勢線你發(fā)現(xiàn)什么？電場線密的地方等勢線也密，電場線稀疏的地方等勢線也稀疏。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象呢？新知導(dǎo)入電場強(qiáng)度是試探電荷受到的靜電力與它的電荷量的比值：電勢是電勢能與試探電荷電荷量的比值：從這兩個(gè)定義式可見，兩者的共同媒介是試探電荷，那么我們可否通過試探電荷來建立它們之間的關(guān)系呢？下面以勻強(qiáng)電場為例討論它們的關(guān)系。那么，電場強(qiáng)度和電勢之間會(huì)存在一個(gè)什么樣關(guān)系呢？我們通過什么來建立它們之間的關(guān)系？新知講解1. 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系思考討論：如圖在場強(qiáng)

2、為E的勻強(qiáng)電場中，將一個(gè)帶電量為q的正電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，已知A、B之間的電勢差UAB，A、B之間的距離為ddqABE那么，在這一過程電場力做了多少功？有幾種表示方法？新知講解方法1：根據(jù)靜電力做功與電勢差的關(guān)系來計(jì)算功：W=qUAB （1）方法2：根據(jù)q 所受的靜電力來計(jì)算功：在勻強(qiáng)電場中靜電力 F是恒力 F qE 它所做的功為：WFdqEd （2）比較功的兩個(gè)計(jì)算結(jié)果，得到UAB Ed如果不考慮UAB的正負(fù)，把UAB的下標(biāo)去掉(理解為兩點(diǎn)間電壓，用U表示)，故有U= Ed。新知講解（1）U Ed 適用條件：勻強(qiáng)電場 U：兩點(diǎn)間的電勢差；E：勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)；d：兩點(diǎn)沿場強(qiáng)方向的距離（2）物

3、理意義：勻強(qiáng)電場中兩點(diǎn)間的電勢差等于電場強(qiáng)度與這兩點(diǎn)沿電場方向的距離的乘積。思考討論：在上面的討論中，如果 A、B 兩點(diǎn)不在同一條電場線上，還能得出以上結(jié)論嗎？請嘗試進(jìn)行論證。新知講解解：帶電量為q的正電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，根據(jù)q 所受的靜電力來計(jì)算功WABqELcosa= qEd（1）靜電力所做的功與A、B兩點(diǎn)的電勢差的關(guān)系： WAB qUAB （2）仍可證明：UAB Ed還可寫成：dqABELa新知講解2.電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系另一表達(dá)式（2）適用條件：勻強(qiáng)電場；不過這一比值在非勻強(qiáng)電場中也有意義，它表示兩點(diǎn)間的平均電場強(qiáng)度。（3）上式不是U=Ed簡單的變形，這一變形有豐富的物理內(nèi)涵。物理

4、意義是在勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度的大小等于兩點(diǎn)之間的電勢差與兩點(diǎn)沿電場強(qiáng)度方向的距離之比。也就是說，電場強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿電場方向單位距離上降低的電勢。（1）新知講解思考討論1：現(xiàn)在你能解釋為什么電場線密的地方等勢線也密，電場線稀疏的地方等勢線也稀疏嗎？參考答案：由 知兩相鄰等勢線之間的電勢差 U 相同時(shí)，電場強(qiáng)度 E 越大的地方，兩相鄰等勢線之間的距離 d 越小，電場強(qiáng)度 E 越小的地方，兩相鄰等勢線之間的距離 d 越大，這就是電場線較密的地方等勢線也較密，電場線稀疏的地方等勢線也稀疏的原因。新知講解思考討論2：有同學(xué)認(rèn)為:“根據(jù) ，若A、B兩點(diǎn)在d勻強(qiáng)電場的同一等勢面上，由于UAB=0，故電場

5、強(qiáng)度為零” 。談一下你的看法。提示：該同學(xué)分析錯(cuò)誤，當(dāng)A、B在勻強(qiáng)電場同一等勢面上時(shí)，兩點(diǎn)沿電場方向距離d=0。無法用 直接計(jì)算電場強(qiáng)度，E不等于零。新知講解【例題】如圖所示，真空中平行金屬板M、N之間的距離d為0.04 m，有一210 -15 kg 的帶電粒子位于M板旁，粒子的電荷量為810 -15 C，給兩金屬板加200V直流電壓。（1）求帶電粒子所受的靜電力的大小。（2）求帶電粒子從M板由靜止開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)N板時(shí)的速度。（3）如果兩金屬板距離增大為原來的2倍，其他條件不變，則上述問題（1）（2）的答案又如何？MNU新知講解解：（1）兩金屬板間的電場強(qiáng)度EU/d，帶電粒子所受的靜電力FEq，

6、 則有（2）靜電力遠(yuǎn)大于重力 210 -14 N，因此重力可忽略不計(jì)。帶電粒子運(yùn)動(dòng)的加速度aF/m，設(shè)帶電粒子到達(dá)N板時(shí)速度為v。根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系有v2 2ad ，則新知講解（3）當(dāng)d 2d時(shí)，E U/d E/2，F(xiàn) E qF/2，a F /ma/2，則帶電粒子所受的靜電力的大小是410 -11 N，到達(dá)N板時(shí)的速度是40 m/s；兩金屬板距離增大為原來的2倍時(shí)，靜電力的大小是210 -11 N，速度仍然是40 m/s。新知講解上述例題告訴我們，當(dāng) M、N 板間的距離增大時(shí)，只要它們之間的電勢差沒有變化，帶電粒子到達(dá) N 板的速度大小也不會(huì)變化。這很容易運(yùn)用動(dòng)能定理來解釋。

7、由于靜電力做的功等于帶電粒子動(dòng)能的變化，得新知講解思考與討論：上述例題中，M、N 是兩塊平行金屬板，兩板間的電場是勻強(qiáng)電場。如果 M、N 是其他形狀，中間的電場不再均勻，例題中的三個(gè)問題還有確定答案嗎？為什么？（1）帶電粒子所受的靜電力的大小不能求。電場強(qiáng)度EU/d的適用條件是勻強(qiáng)電場，所以不能用 求（2）帶電粒子從M板由靜止開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)N板時(shí)的速度可以用動(dòng)能定理來求。新知講解因?yàn)殪o電力做功與路徑無關(guān)W=qU適用于任何電場，根據(jù)動(dòng)能定理（3）當(dāng)d 2d時(shí)，靜電力的大小不能求，因?yàn)椴皇莿驈?qiáng)電場。由動(dòng)能定理可知v與M、N 板間的距離無關(guān)，所以速度仍然是40 m/s新知講解3.電勢與電場強(qiáng)度的關(guān)系A(chǔ)

8、點(diǎn)比B點(diǎn)所在處電場線密，EAEB而沿電場線方向電勢逐漸降低AB正電荷的電場線AB新知講解C點(diǎn)比D點(diǎn)所在處電場線密， ECED而沿電場線方向電勢逐漸降低而CD（1）E大，不一定大；大，E不一定大，場強(qiáng)與電勢無直接關(guān)系。（2）電勢沿著電場強(qiáng)度的方向逐漸降落。（3）電場強(qiáng)度是矢量，電勢是標(biāo)量。-負(fù)電荷的電場線CD新知講解4.三個(gè)電場強(qiáng)度公式的比較公式物理含義適用范圍電場強(qiáng)度大小的定義式適用于一電場真空中點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度的決定式在真空中，場源電荷Q是點(diǎn)電荷勻強(qiáng)電場中電場強(qiáng)度的計(jì)算式勻強(qiáng)電場課堂練習(xí)1下列關(guān)于U=Ed說法正確的是 ( ) A在電場中，E跟U成正比，跟d成反比 B對于任何電場，U=Ed均成立

9、 CU=Ed僅適用于勻強(qiáng)電場，d是電場中任意兩點(diǎn)間的距離 DU=Ed僅適用于勻強(qiáng)電場，d是場強(qiáng)方向上兩點(diǎn)間的距離D課堂練習(xí)2如圖所示，a、b、c是一條電場線上三點(diǎn)，電場線方向由a到c，a、b間距離等于b、c 間距離，用a、b、 c和Ea、Eb、Ec表示三點(diǎn)的電勢和場強(qiáng)，可以判定 ( ) Aab cBa-b=b-cCEaEbEcDEa=Eb=EcAEa b c課堂練習(xí)3下列關(guān)于勻強(qiáng)電場結(jié)論錯(cuò)誤的是 ( )A公式E=Fq適用于勻強(qiáng)電場B根據(jù)U=Ed可知, 任意兩點(diǎn)間電勢差與這兩點(diǎn)距離成正比C勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)等于沿場強(qiáng)方向每單位長度上的電勢差值D勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向跟電荷所受電場力方向一致BD課堂練習(xí)4

10、.如圖所示，在場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中有A、B兩點(diǎn)，AB連線長L，與電場線夾角為 ，AB兩點(diǎn)間的電勢差為 ( ) AO BEL CELsin DELcos ABD拓展提高1.圖中A、B、C、D是勻強(qiáng)電場中一邊長為0.10m的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，已知A、B、C、D四點(diǎn)的電勢分別為A=15V，B=3V，C=9V，則A、B的中點(diǎn)電勢為V，該電場的電場強(qiáng)度大小為9CA DB拓展提高2.下列圖中，a、b、c是勻強(qiáng)電場中的三個(gè)點(diǎn)，各點(diǎn)電勢a=10V，b=2V，c=6V，a、b、c三點(diǎn)在同一平面上，圖中電場強(qiáng)度的方向表示正確的是（）ABCDa bc.a b.cEEEEca ba b.C課堂總結(jié)1. 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系 （1）d的含義：兩點(diǎn)間沿場強(qiáng)方向的距離。（2）適用條件：勻強(qiáng)電場。2.場強(qiáng)與電勢差有關(guān)系U=Ed，場強(qiáng)與電勢無直接關(guān)系。3.三個(gè)電場強(qiáng)度公式的比較。U=Ed 和板書設(shè)計(jì)1.電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系 U Ed（1）適用條件：勻強(qiáng)電場 U：兩點(diǎn)間的電勢差；E：勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)；