高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电势差与电场强度的关系课前预习ppt课件

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一、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________与这两点____________的距离的乘积．2．公式：UAB＝________．3．适用条件：________电场．
【情境思考】在生产和科学实验的许多领域，常常需要通过控制电极的形状和电势来调整和控制电场．如图所示，两平行金属极板正对放置，在极板G的中央挖一圆孔，将两极板加一定电压，且极板K电势较高，用实验的方法描绘出等势面．设从极板K的中心处发射出一束平行于中心轴(x轴)的电子，不考虑电子的重力及电子间的相互作用力．
判断以下问题．(1)电子通过孔后向远离中心轴的方向发散．(　　)(2)沿着中心轴线运动的电子一直做匀减速直线运动．(　　)(3)如有两束电子会聚到同一点F，电场力对它们做功一定相同．(　　)
拓展 2　电场强度与电势的关系(1)电场强度E＝0时，该点的电势φ不一定为0，例如图中等量正点电荷连线的中点O处．(2)电势φ＝0时，该点的电场强度E不一定为0，例如图中等量异种点电荷连线的中点O处．(3)电场强度相等的地方电势不一定相等，如匀强电场中．(4)电势相等的地方电场强度不一定相同，如点电荷周围的等势面．
例2. 如图是匀强电场遇到空腔导体后的部分电场线分布图，正方形ABCD的对角线BD边正好与图中竖直向上的直电场线重合，O点是正方形两对角线的交点．下列说法正确的是(　　)A．将一正电荷由A点移到B点，电荷的电势能增加B．O点电势与C点电势相等C．DO间的电势差等于OB间的电势差D．在O点放置一负点电荷，该电荷所受电场力的方向竖直向下
解析：将一正电荷由A点移到B点，电场力做正功，电荷的电势能减少，A错误；由于等势面与电场线垂直，由图可知O、C两点不在同一条等势线上，电势不相等，B错误；电场线越密集，电场强度越大，沿着电场线电势降落的越快，因此DO间的电势差大于OB间的电势差，C错误；由于负电荷所受电场力的方向逆着电场线，在O点放置一负点电荷，该电荷所受电场力的方向竖直向下，D正确．
[训练1]　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
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．
[训练2]　如图所示，三个同心圆是点电荷q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AB＝BC.A、C两点的电势分别为φA＝10 V，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
[训练3]　(多选)如图所示，a、b、c为电场中同一条水平方向电场线上的三点，c为ab中点．a、b电势分别为φa＝5 V，φb＝3 V，下列叙述正确的是(　　)A．该电场在c点处的电势一定为4 VB．a点处的场强Ea一定大于b点处的场强EbC．一正电荷从c点运动到b点，电势能一定减少D．一正电荷运动到c点时受到的电场力由a指向c
解析：该电场不一定是匀强电场，无法比较a、b两点的电场强度大小，c点的电势也不一定为4 V，但电场方向由a→b，正电荷在c点所受电场力方向一定由a指向c，正电荷由c运动到b的过程中，电场力做正功，电势能一定减少，故C、D正确，A、B错误．
目标二　等分法确定等势面和电场线【导思】 　如图，沿哪个方向电势降落最快？电势降落最快的方向与电场强度的方向具有怎样的关系？
提示：沿A→C方向电势降落最快；电场强度的方向就是电势降落最快的方向．
3．确定电场方向的方法(1)画等势线：先由等分法确定电势相等的点，画出等势线．(2)画电场线：根据电场线与等势面垂直画出电场线，且电场线的方向由电势高的等势面指向电势低的等势面．
【典例】例3. 如图所示，虚线方框内有一匀强电场，A、B、C为该电场中的三点，已知φA＝12 V，φB＝6 V，φC＝－6 V.试在该虚线框内作出该电场的示意图(画出几条电场线)，并要求保留作图时所用的辅助线．
例4. 如图所示，在匀强电场中，电荷量q＝5.0×10－10 C的正电荷由a点移到b点和由a点移到c点，电场力做功都是3.0×10－8 J．已知a、b、c三点的连线组成了一个直角三角形，ab＝20 cm，∠a＝37°，∠c＝90°，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.(1)求a、b两点的电势差Uab；(2)求匀强电场的电场强度．
375 V/m　方向与bc边垂直且由a指向c
[训练4]　(多选)如图所示，A、B、C是匀强电场中平行于电场线的某一平面上的三个点，各点的电势分别为φA＝5 V，φB＝2 V，φC＝3 V，H、F三等分AB，G为AC的中点．在下列各示意图中，能正确表示该电场强度方向的是(　　)
解析：匀强电场中将任一线段等分，则电势差等分．把AB等分为三段，AB间电压为3 V，则每等分电压为1 V，H点电势为4 V，F点电势为3 V，将FC相连，则FC为等势线，电场线垂直于FC，从高电势指向低电势，C正确；AC上，G为中点，AC被等分为两份，AC间电压为2 V，则G点电势为4 V，GH为等势线，电场线垂直于GH，从高电势指向低电势，B正确．
[训练5]　(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，正六边形所在平面与电场线平行．下列说法正确的是(　　)A．通过CD和AF的直线应为电场中的两条等势线B．匀强电场的电场强度大小为10 V/mC．匀强电场的电场强度方向为由C指向AD．将一个电子由E点移到D点，电子的电势能将减少1.6×10－19 J　
2．如图所示，a、b、c是一条电场线上的三个点，电场线的方向由a到c，a、b间的距离等于b、c间的距离，用φa、φb、φc和Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点的电势和电场强度，可以判定(　　)A．φa＞φb＞φc B．Ea＞Eb＞EcC．φa－φb＝φb－φc D．Ea＝Eb＝Ec
解析：电场线是沿直线的电场，通常有如图所示几种情况：题中给出的一条电场线，不一定是哪一种，故B、C、D错误；不论是何种情况的电场，沿着电场线方向电势总是降低的，φa>φb>φc，故A正确．
3．医生用心电图检查仪为一位身高1.8 m的运动员体检，她把电极吸在身体5个不同的位置，如图所示．如果人体从头往脚的方向构成匀强电场，其中有两个点的电势差最大，约为500 μV，则电场强度约为(　　)A.278 μV/m B．500 μV/mC．1 000 μV/m D．1 250 μV/m
4．如图所示，在某电场中画出了四条电场线，C、D两点是AB连线的三等分点．已知A点的电势为φA＝30 V，B点的电势为φB＝0，则(　　)A．C点的电势φC＝20 VB．C点的电势φC<20 VC．C点的电势φC>20 VD．A、B、C都不正确
6．如图所示，P、Q两金属板间的电势差为50 V，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d＝10 cm，其中Q板接地，两板间的A点距P板4 cm(取大地电势为0)．(1)求P板及A点的电势．(2)保持两板间的电势差不变，而将Q板向左平移5 cm，则A点的电势将变为多少？
－50 V　－30 V