2023年新教材高中物理第10章静电场中的能量3电势差与电场强度的关系课件新人教版必修第三册

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第十章　静电场中的能量3 电势差与电场强度的关系课前 | 自主预习1．如图所示，匀强电场的电场强度为E，将电荷＋q从A点移动到B点．电势差与电场强度的关系(1)从力和位移的角度计算静电力所做的功W＝Fd＝______．(2)若A、B间电势差为UAB，则静电力做功W＝qUAB．(3)比较两次计算的功的大小，电势差与电场强度的关系为UAB＝______．qEd　Ed　2．若A、B不在同一条电场线上，如图所示，A、B两点间的电势差UAB＝________．ELcos α　3．匀强电场中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，d为两点沿电场方向的距离．(2)电场强度的方向和大小：电场中，电场强度方向是指____________最快的方向．电势降低　在匀强电场中，能否说电势差U与距离d成正比，电场强度E与距离d成反比？【答案】在匀强电场中，电势差U与距离d成正比，但电场强度E与距离d无关．微思考 下列关于匀强电场中电场强度和电势差的关系，正确的说法是 (　　)A．任意两点之间的电势差，等于电场强度和这两点间距离的乘积B．在任何方向上，若两点间距离相等，则它们之间电势差就相等C．沿着电场线方向，任何相同距离上的电势降落必定相等D．电势降落的方向必定是电场强度的方向【答案】C【解析】匀强电场中电势差与电场强度的关系U＝Ed中的d是两点沿电场线方向的距离，并不是两点间的距离，A错误．两点距离相等，两点沿电场线方向的距离不一定相等，B错误．由U＝Ed＝ELcos α，可知C正确．沿电场强度方向　电场强度的另一种表述V/m　匀强电场中UAB＝Ed中的d是什么距离？【答案】d是两点间沿电场强度方向的距离．微思考 如图，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UBA的值为 (　　)【答案】C【解析】A、B两点沿电场线方向的距离d＝l·cos 60°＝0.1× 0.5 m＝0.05 m，B点的电势低于A点电势，且UBA＝－Ed＝－100×0.05 V＝－5 V.课堂 | 重难探究例1　(1)某一电场的电场线和等势面如图甲所示．已知φa＝5 V，φc＝3 V，ab＝bc，则 (　　)A．φb＝4 V　 B．φb>4 VC．φb<4 V　 D．上述情况都有可能(2)若电场线和等势面如图乙所示，其他条件不变，则答案为(1)中的 (　　)【答案】(1)A　(2)C【解析】(1)根据匀强电场U＝Ed可知，φa－φc＝E·，φa－φb＝E·，得φb＝4 V，A正确．(2)由于是非匀强电场，不能根据公式U＝Ed进行定量计算，只能进行定性分析，由电场线的疏密可知ab和bc间的平均电场强度Eab>Ebc，所以Uab>Ubc，C正确. 变式1　如图所示，三个同心圆是电荷量为＋q的点电荷周围的三个等势面，A、B、C是这三个等势面与一条电场线的交点，且lAB＝lBC．A、C两点的电势分别为φA＝10 V和φC＝2 V，则B点的电势 (　　)A．等于6 V B．低于6 VC．高于6 V D．无法确定【答案】B1．电场强度与电势差的关系．从电势差角度理解电场强度2.关于电场强度的三个表达式的比较．例2　如图所示，实线表示电场线，虚线表示等势线，a、b两点的电势分别为φa＝10 V，φ b＝30 V，则a、b连线的中点c的电势应为 (　　)A．φc＝20 V B．φc<20 VC．φc>20 V D．无法判断φc的高低【答案】C变式2　在某匀强电场中有M、N、P三点．在△MNP中，∠M＝30°、∠P＝ 90°，直角边NP的长度为4 cm.电场方向与三角形所在平面平行．已知M点、N点和P点的电势分别为3 V、15 V和12 V．则电场强度的大小为 (　　)A．150 V/m B．75 V/mC．2 253 V/m D．753 V/m【答案】A1．在匀强电场中，沿任意一个方向，电势降低都是均匀的，故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等，如图甲，AB＝BC，则UAB＝UBC．2．在匀强电场中，相互平行且相等的线段两点间的电势差相等．如图乙，AB∥CD，则UAB＝UCD．核心素养应用闪电是云与云之间、云与地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象(一般发生在积雨云中)．通常是暴风云(积雨云)产生电荷，底层为负电，顶层为正电，而且还在地面产生正电荷，如影随形地跟着云移动．正电荷和负电荷彼此相吸，但空气却不是良好的导体．正电荷奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上，企图和带有负电的云层相遇，负电荷枝状的触角则向下伸展，越向下伸越接近地面，最后正负电荷终于克服空气的阻碍而连接上．巨大的电流沿着一条传导通道从地面直向云层涌去，产生出一道明亮夺目的闪光．电势差与闪电一道闪电的长度可能有数百米(最短的为100米)，最长可达数千米．闪电的温度，从摄氏一万七千度至二万八千度不等，也就是等于太阳表面温度的3～5倍．闪电的极度高热使沿途空气剧烈膨胀．空气移动迅速，因此形成波浪并发出声音．例3　正常情况下空气是不导电的，但是如果空气中的电场很强，空气也可以被击穿，空气被击穿时会看到电火花或闪电．若观察到某次闪电的火花长约100 m，且已知空气的击穿电场强度为3×106 V/m，那么发生此次闪电的电势差约为 (　　)A．3×108 V　　　　 B．3×106 VC．3×104 V　 D．3×10－5 V【答案】A【解析】将空气中的电场视为匀强电场，由U＝Ed，可得U＝3×108 V，A正确.小练 | 随堂巩固1．如图所示，匀强电场场强为E，A与B两点间的距离为d，AB与电场夹角为α，则A与B两点间的电势差为 (　　)A．Ed B．Edcos α C．Edsin α D．Edtan α【答案】B【解析】A与B两点间的电势差为UAB＝E·dcos α，故B正确．2．如图所示为某匀强电场的等势面分布图，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 (　　)A．E＝100 V/m，竖直向下B．E＝100 V/m，竖直向上C．E＝100 V/m，水平向左D．E＝200 V/m，水平向右【答案】C3．产生闪电的积雨云底层带负电，为避免闪电造成损害，高大的建筑物都装有避雷针．图中虚线为避雷针周围的等势线，a、b两点的场强大小分别为Ea、Eb，电势分别为φa、φb，下列正确的是 (　　)A．φa>φbB．Ea>EbC．避雷针的顶端带负电D．一带负电的雨滴从a下落至b的过程中，电势能减少 【答案】D【解析】因积雨云带负电，故避雷针尖端感应出正电荷，电场线由正电荷出发终止于负电荷，电场线向上，沿电场线方向电势减小，则φa<φb，A错误；等势线的疏密表示电场的强弱，则Ea