粤教版高中物理选修3115《电场强度与电势差的关系》第1课时word学案.docx

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粤教版高中物理选修3115《电场强度与电势差的关系》第1课时word学案

2019粤教版高中物理选修3-11.5《电场强度与电势差的关系》第1课时word学案

差计算静电力做功的大小．

（2）比较两次计算的功的大小，电势差与电场强度有何关系？

（3）在图1中，如果将电荷从A点移动到C点，在利用

（1）问中的推导过程试着推导，能获得何结论？

（已知AB与AC的夹角为θ，A、C间的距离为L）

答案　

（1）F＝qE　WAB＝Fd＝qEd　WAB＝qUAB

（2）UAB＝Ed

（3）WAC＝qELcosθ＝qEd，WAC＝qUAC，UAC＝Ed

[要点提炼]

1．公式U＝Ed只适用于匀强电场，其中d为A、B两点沿电场方向的距离．

2．电场中A、B两点的电势差UAB跟电荷移动的路径无关，由电场强度E及A、B两点沿电场方向的距离d决定．

3．公式E＝

说明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，且场强方向就是电势降低最快的方向．

4．在匀强电场中，沿任意一个方向，电势降落都是均匀的，故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等；在匀强电场中，相互平行且长度相等的线段两端点的电势差相等．

[延伸思考]

公式U＝Ed是在匀强电场中得到的，在非匀强电场中能否适用？

答案　在非匀强电场中，不能进行定量计算，但可以定性地分析有关问题．

二、电场线与等势面的关系

[问题设计]

为什么等势面一定跟电场线垂直？

答案　在同一等势面上移动电荷时，电势能不变，所以电场力不做功，即电场力方向与等势面垂直，如果不垂直，电场力就有一个沿着等势面的分量，在等势面上移动电荷时电场力就要做功，所以等势面一定跟电场线垂直．

[要点提炼]

1．电场线与等势面垂直；在等势面上移动电荷电场力不做功（填“做功”或“不做功”）．

2．沿着电场线的方向各等势面上的电势减小，逆着电场线的方向各等势面上的电势增大．即电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面．

3．电场线密的区域等势面密，电场线疏的区域等势面疏．即电场强度大的地方等势面密，电场强度小的地方等势面疏．

[延伸思考]

请大致画出点电荷、等量异号点电荷、等量同号点电荷和匀强电场的等势面．简述它们的特点？

答案　

（1）点电荷的等势面：

点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面．

（2）等量异号点电荷的等势面：

等量异号点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一等势线．

（3）等量同号点电荷的等势面：

等量正点电荷连线的中点电势最低，中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低．连线上和中垂线上关于中点的对称点等势．等量负点电荷连线的中点电势最高，中垂线上该点的电势最低．从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高，连线上和中垂线上关于中点的对称点等势．

（4）匀强电场的等势面：

匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面．

说明：

等势面密集处电场线也密集．任意两个等势面不会相交．

一、对电势差与电场强度关系的理解

例1　如图2所示，

图2

P、Q两金属板间的电势差为50V，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d＝10cm，其中Q板接地，两板间的A点距P板4cm.求：

（1）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5cm，则A点的电势将变为多少？

解析　板间场强方向水平向左，可见Q板是电势最高处．Q板接地，则电势φQ＝0，板间各点电势均为负值．利用公式E＝

可求出板间匀强电场的场强，再由U＝Ed可求出各点与Q板间的电势差，即各点的电势．

（1）场强E＝

＝

V·m－1＝5×102V·m－1

Q、A间电势差UQA＝Ed′＝5×102×（10－4）×10－2V＝30V

所以A点电势φA＝－30V，P点电势φP＝UPQ＝－50V

（2）当Q板向左平移5cm时，两板间距离d″＝（10－5）cm＝5cm

Q板与A点间距离变为d＝－－5cm＝1cm

电场强度E′＝

＝

V·m－1＝1.0×103V·m－1

Q、A间电势差UQA′＝E′d＝3×1.0×10－2V＝10V

所以A点电势φA＝－10V.

答案　

（1）－50V　－30V　

（2）－10V

针对训练　（单选）对公式E＝

的理解，下列说法正确的是（　　）

A．此公式适用于计算任何电场中A、B两点间的电势差

B．A点和B点间距离越大，则这两点的电势差越大

C．公式中的d是指A点和B点之间的距离

D．公式中的d是A、B所在两个等势面间的垂直距离

解析　公式E＝

，仅适用于匀强电场，所以A错；公式中的d是指A、B两点沿电场线方向的距离，即A、B所在两等势面间的垂直距离．所以B、C均错，D对．

答案　D

二、对电场线与等势面的关系的理解

例2　（单选）关于等势面的说法，正确的是（　　）

A．电荷在等势面上移动时，由于不受电场力作用，所以说电场力不做功

B．在同一个等势面上各点的场强大小相等

C．两个不等电势的等势面可能相交

D．若相邻两等势面的电势差相等，则等势面的疏密程度能反映场强的大小

解析　等势面由电势相等的点组成，等势面处的电场线跟等势面垂直，因此电荷在等势面上移动时，电场力不做功，但并不是不受电场力的作用，A错．等势面上各点场强大小不一定相等，等势面不可能相交，B、C错．等差等势面的疏密反映场强的大小，D对．

答案　D

例3　（双选）如图3所示，

图3

实线表示一簇关于x轴对称的等势面，在轴上有A、B两点，则（　　）

A．A点场强小于B点场强

B．A点场强方向指向x轴负方向

C．A点场强大于B点场强

D．A点电势高于B点电势

解析　由于电场线与等势面总是垂直，所以B点电场线比A点密，B点场强大于A点场强，故A正确，C错误．电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面，故B错误．由题图数据可知D正确．

答案　AD