2.3电势差与电场强度的关系 学案(含答案)
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1、第第 3 节节 电势差与电场强度的关系电势差与电场强度的关系 核心 素养 物理观念 科学思维 1.了解电势差的含义。 2.知道匀强电场中电势差与电 场强度的关系。 3.会应用静电力做功的公式进 行相关计算。 1.通过推导理解电场力做功与电势差的 关系。 2.通过推导电场强度的单位“伏特每 米”与“牛顿每库仑”,理解电势差与 电场强度的物理意义。 知识点一 电势差与静电力做功 观图助学 (1)身高与站的位置有关吗? (2)思考讨论:电势差的值与零电势点的位置有关吗? 1.在物理学中,电场中两点间电势的差值称为电势差,也叫电压。 2.公式:电场中 A 点的电势为 A,B 点的电势为 B,则 UAB
2、AB,UBAB A,可见 UABUBA。 3.电势差是标量,UAB为正值,A 点的电势比 B 点的电势高;UAB为负值,A 点的 电势比 B 点的电势低。 4.电势差与静电力做功的关系:UABWAB q 或 WABqUAB。 5.在研究原子和原子核时,常用电子伏特做能量单位,1_eV1.610 19_J。 思考判断 (1)电势差与电势一样,是相对量,与零电势点的选取有关。() (2)电势差是一个标量,但是有正值和负值之分。() (3)由 UABWAB q 可知,UAB与 WAB成正比,与 q 成反比。() (4)UAB8 V,表示 A 点电势比 B 点高 8 V。() (5)若电场中两点间的电
3、势差 UAB1 V,则单位正电荷从 A 点移到 B 点静电力做 功为 1 J。() 知识点二 匀强电场中电场强度与电势差的关系 观图助学 每个台阶一样高,所以 100.2 m2 m,就是两人所在位置的高度差。在匀强电 场中能否用电场强度乘以距离得到两点间的电势差? 1.匀强电场中电场强度与电势差的关系 EUAB d 。 2.物理意义:在匀强电场中,电场强度的大小等于两点间的电势差与这两点沿电 场强度方向的距离之比。也就是说,电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距 离上降低的电势。 3.场强的另一个单位:伏特每米,符号 V/m,1 N/C1 V/m。 4.UABEd,其物理意义:匀强电场中两点间
4、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。 思考判断 (1)场强公式 EUAB d 和 EF q适用范围不同。() (2)电场强度 E 与电势差 UAB成正比,与两点沿电场方向的距离 d 成反比。() (3)电场强度的两个单位 N/C 与 V/m 是等效的。() 电势差由电场本身的性质决定。电场中的电势是相对的,而电势差是绝对的,与 零电势点选取无关。 UAB在数值上等于单位正电荷由 A 点移到 B 点的过程中静电力所做的功。 (1)公式 EU d和 UEd 适用于匀强电场中电场强度、电势差的分析和计算。 (2)在非匀强电场中,电势差与电场强度的关系要复杂得多,应用公式 EU d只
5、能 作出定性判断:它可以表示两点间的平均电场强度。 距离 d 表示匀强电场沿电场方向的距离。 证明 1 V/m1 V 1 m 1 J/C 1 m 1 J 1 C m1 N/C 核心要点 电势差与静电力做功 观察探究 电场中 A、B、C、D 四点的电势如图所示。 (1)A、C 及 A、B 间的电势差为多少?哪个较大? (2)若取 D 点电势为零,则 A、B、C 三点的电势为多少?A、C 及 A、B 间的电势 差为多少? 探究归纳 1.关于电势差的三点说明 (1)电场中两点间的电势差, 由电场本身决定, 与在这两点间移动的电荷的电荷量、 静电力做功的大小无关。 (2)求电势差时, 必须明确所要求的
6、是哪两点的电势差。 A、 B 间的电势差记为 UAB, B、A 间的电势差记为 UBA。 (3)电势差为标量,有正、负之分,电势差的正、负表示电场中两点间的电势的高 低。 若 UAB0 则 AB,若 UAB0 则 AB。 2.对电势差公式 UABWAB q 的理解 (1)UABWAB q 中,WAB为 q 从初位置 A 移动到末位置 B 静电力做的功,WAB可为正 值,也可为负值,q 为电荷所带电荷量,正电荷取正值,负电荷取负值。 (2)公式 UABWAB q 不能认为 UAB与 WAB成正比、 与 q 成反比, 只是可以利用 WAB、 q 来测量 A、B 两点间的电势差 UAB。 (3)由
7、UABWAB q 可以看出,UAB在数值上等于单位正电荷由 A 点移到 B 点的过程 中静电力所做的功 WAB。 (4)公式 WABqUAB适用于任何电场,UAB为电场中 A、B 两点间的电势差,WAB 仅是静电力做的功,式中各量均有正、负,计算中 W 与 U 的角标要对应,即 WAB qUAB,WBAqUBA。 (5)不管电场是否是匀强电场,静电力是否是恒力,都可以利用 WABqUAB来计算 静电力做的功。 试题案例 例1 在电场中把2.010 9 C的正电荷从A点移到B点, 静电力做功1.5107 J。 再把这个电荷从 B 点移到 C 点,静电力做功4.010 7 J。 (1)A、B、C
8、三点中哪点电势最高?哪点电势最低? (2)A、B 间,B、C 间,A、C 间的电势差各是多大? (3)把1.510 9 C 的电荷从 A 点移到 C 点,静电力做多少功? (4)根据以上所得结果,定性地画出电场分布的示意图,标出 A、B、C 三点可能 的位置。 解析 (1)正电荷从 A 到 B,静电力做正功,A 点电势比 B 点电势高。正电荷从 B 到 C, 静电力做负功, C 点电势比 B 点电势高, 但由 B 到 C 克服静电力做功较多, 所以 C 点电势最高,B 点电势最低。 (2)AB 间的电势差 UABWAB q 75 V BC 间的电势差 UBCWBC q 200 V AC 间的电
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