人教版 (2019)必修 第三册3 电势差与电场强度的关系授课ppt课件

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3．电势差与电场强度的关系
第2课时　电势差与场强关系的应用　电场中的图像问题
【课程标准】1．掌握匀强电场的特点及两个推论。2．学会分析静电场中的v­t图像、E­x图像、φ­x图像、Ep­x图像。【素养目标】
匀强电场的特点及两个推论
　　　　　如图所示，ABCD是匀强电场中一正方形的四个顶点，已知A、B、C三点的电势分别是φA＝15 V，φB＝3 V，φC＝－3 V，由此可以推断D点电势φD是多少伏？
解析：由匀强电场的特点知，在匀强电场中，相互平行且相等的线段两端点的电势差相等。故有UAB＝UDC＝φA－φB＝φD－φC，所以φD＝9 V。答案：9 V
A．D点电势大小为4.5 VB．D点电势大小为3 VC．匀强电场场强大小为150 V/m，场强方向沿BDD．匀强电场场强大小为300 V/m，场强方向沿AC
应用图像处理物理问题可达到化难为易、化繁为简的目的，也有利于培养学生数形结合、形象思维、灵活处理物理问题的能力。“静电场”部分常常涉及v­t图像、E­t图像、E­x图像、φ­x图像及Ep­x图像等问题，主要考查学生的受力分析、运动过程分析，临界条件分析等一系列基本能力，在学习该部分内容时要足够重视。
静电场中的常见图像问题
1．静电场中的v ­t(x)图像
　　　　　(多选)如图甲，直线MN表示某电场中一条电场线，a、b是线上的两点，将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放，粒子从a运动到b过程中的v­t图线如图乙所示。设a、b两点的电势分别为φa、φb，电场强度大小分别为Ea、Eb，粒子在a、b两点的电势能分别为Wa、Wb，不计重力，则有(　 　)A．φa＞φbB．Ea＞EbC．Ea＜EbD．Wa＞Wb
解析：由v­t 图像的斜率减小可知由a到b的过程中，粒子的加速度减小，所以电场强度变小，Ea＞Eb；根据动能定理，速度增大，可知电势能减小，Wa＞Wb，因粒子带负电，则φa＜φb，可得选项B、D正确。
2．在如图所示的电场中，一负电荷从电场中A点由静止释放，只受电场力作用，沿电场线运动到B点，则它运动的v­t图像可能是选项图中的(　　)
 解析：负电荷从电场中A点由静止释放，只受电场力作用，沿电场线运动到B点，由电场线分布易知，负电荷所受电场力逐渐增大，加速度逐渐增大，则它运动的v­t图像可能是选项图中的B。
2．静电场中的E­x图像
　　　　　(多选)静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图所示，x轴正向为场强正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则点电荷(　 　)A．在x2和x4处电势能相等B．由x1运动到x3的过程中电势能增大
C．由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小D．由x1运动到x4的过程中电场力先减小后增大
解析：由题图可知，正电荷从x2运动到x4的过程电场力做功不为零，两点电势能不相等，A项错误；从x1运动到x3的过程电场力沿x轴负方向，电场力做负功，电势能增大，B项正确；从x1运动到x4的过程场强先增大，后减小，所以电场力先增大后减小，C项正确，D项错误。
3．(多选)在x轴上存在与x轴同向的电场，x轴上各点的电场强度E随位移x变化情况如图所示。点电荷a和b带的电荷量分别为＋q和－q，不计a和b间的静电力。下列叙述正确的是(　 　)A．x1、x2两处的电势相同B．点电荷a和b在x1处的电势能相等
C．将点电荷a沿x轴从x1处移到x2处，电场力一直做正功D．点电荷b在x1处的电势能小于在x2处的电势能
解析：根据E­x图线可知，电场线沿x轴正方向，因沿着电场线电势逐渐降低，可知x1处的电势高于x2处的电势，选项A错误；因点电荷a和b带的电荷量分别为＋q和－q，根据Ep＝qU，可知a和b在x1处的电势能不相等，选项B错误；因电场线沿x轴正方向，则将点电荷a沿x轴从x1处移到x2处，电场力一直做正功，选项C正确；因x1处的电势高于x2处的电势，则负点电荷b在x1处的电势能小于在x2处的电势能，选项D正确。
3．静电场中的φ­x图像
C．NC间电场强度方向指向x轴正方向D．将一负点电荷从N点移到D点，电场力先做正功后做负功
　　　　　两电荷量分别为q1和q2的点电荷放在x轴上的O、M两点，两电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图所示，其中A、N两点的电势均为零，ND段中的C点电势最高，则(　　)A．N点的电场强度大小为零B．A点的电场强度大小为零
解析：φ ­x图像中A、N点的斜率不为零，则电场强度大小不为零，选项A、B错误；从N到C电势升高，N、C间电场强度方向指向x轴负方向，选项C错误；从N到C电势升高，从C到D电势降低，将一负点电荷从N点移到C点，电场力做正功，从C点到D点，电场力做负功，选项D正确。
4．(多选)在x轴上有两个点电荷q1、q2，其静电场的电势φ在x轴上的分布如图所示。下列说法正确的有(　 　)A．q1和q2带有异种电荷B．x1处的电场强度为零
C．负电荷从x1移到x2，电势能减小D．负电荷从x1移到x2，受到的电场力增大
解析：由题图可知，两点电荷q1和q2带有异种电荷，A正确；在φ－x图像中，图像切线的斜率大小表示电场强度大小，则x1处的电场强度不为零，B错误；且有x1到x2电场强度逐渐减小，负电荷受到的电场力逐渐减小，D错误；由Ep＝φq可知，负电荷在电势高处的电势能小，则负电荷从x1移到x2，电势能减小，C正确。
4．静电场中的Ep­x图像
　　　　　(多选)一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能Ep随位移x变化的关系如图所示，其中0～x2段是关于直线x＝x1对称的曲线，x2～x3段是直线，则下列说法正确的是(　 　)A．x1处电场强度为零
B．粒子在0～x2段做匀变速运动，x2～x3段做匀速直线运动C．x2～x3段的电场强度大小方向均不变，为一定值D．在0、x1、x2、x3处电势φ0、φ1、φ2、φ3的关系为φ3＞φ2＝φ0＞φ1
由题图看出0～x1段图像切线的斜率不断减小，易知场强减小，粒子所受的电场力减小，加速度减小，做非匀变速运动，x1～x2段图像切线的斜率不断增大，场强增大，粒子所受的电场力增大，做非匀变速运动。x2～x3段电场强度大小和方向均不变，粒子所受的电场力不变，做匀变速直线运动，故B错误；根据电势能与电势的关系Ep＝qφ，粒子带负电，q＜0，可知电势能越大，粒子所在处的电势越低，所以有：φ3＜φ2＝φ0＜φ1，故D错误。
5．(多选)一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能Ep随位移x的变化关系如图所示，则下列说法正确的是(　 　)A．粒子从x1处运动到x2处的过程中电场力做正功
B．x1、x2处电场强度方向沿x轴正方向C．x1处的电场强度大小大于x2处的电场强度大小D．x1处的电势比x2处的电势低