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文檔簡(jiǎn)介
第二章
電勢(shì)能與電勢(shì)差第3節(jié)電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系1.了解電勢(shì)差的含義;掌握兩點(diǎn)間電勢(shì)差的表達(dá)式,能運(yùn)用靜電力做功的公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。2.知道電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系式,能運(yùn)用電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系式分析求解有關(guān)問(wèn)題。3.知道勻強(qiáng)電場(chǎng)中的幾個(gè)重要推論。類比法重力場(chǎng)電場(chǎng)
重力某點(diǎn)的高度重力勢(shì)能重力做功WG=EP1-EP2兩點(diǎn)間高度差電勢(shì)能電場(chǎng)力電場(chǎng)力做功WAB=EPA-EPB某點(diǎn)的電勢(shì)????jī)牲c(diǎn)間的電勢(shì)差值1.定義:在電場(chǎng)中,兩點(diǎn)之間電勢(shì)的差值叫做電勢(shì)差,也叫電壓。選擇不同的位置作為零電勢(shì)點(diǎn),電場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)的數(shù)值會(huì)改變,但電場(chǎng)中某兩點(diǎn)之間電勢(shì)的差值卻保持不變。ABCD0V1V2V3VE0V1V2V-1V與高度差相似知識(shí)點(diǎn)一:電勢(shì)差+FEAB在電場(chǎng)中兩點(diǎn)間???0顯然設(shè)電場(chǎng)中A點(diǎn)的電勢(shì)為φA,B點(diǎn)的電勢(shì)為φB。UAB=φA-φBUBA=φB-φAUAB=-UBA2.單位:伏特(V)3.電勢(shì)差是標(biāo)量,它的正負(fù)表示:兩點(diǎn)電勢(shì)的高低UAB>0UAB<0
A>
B
A<
B4.推論:UAB+UBC=UACUAB=φA-φBUBC=φB-φC(φA-φB)+(φB-φC)=φA-φc故UAC=UAB+UBC+ABEF+5.靜電力做功與電勢(shì)差的關(guān)系電荷q從電場(chǎng)中A點(diǎn)移到B點(diǎn),電場(chǎng)力所做的功?+qWAB=EPA-EPB=qφA
-qφB=q(φA
-
φB)WAB=qUAB
電場(chǎng)力做的功,帶正負(fù)號(hào)適用于任何電場(chǎng)【說(shuō)明】1.比值定義法,電勢(shì)差與移動(dòng)的電荷無(wú)關(guān),它只反映了電場(chǎng)自身的性質(zhì);2.在國(guó)際單位制中,電勢(shì)差的單位:伏特(V)3.電勢(shì)差即電壓;
電勢(shì)φ電勢(shì)差UAB區(qū)別定義電勢(shì)能與電荷量的比值電場(chǎng)力做功與電荷量的比值決定因素電場(chǎng)和在電場(chǎng)中的位置決定由電場(chǎng)和場(chǎng)內(nèi)兩點(diǎn)位置決定相對(duì)性有,與零電勢(shì)點(diǎn)的選取有關(guān)無(wú),與零電勢(shì)點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)聯(lián)系都是標(biāo)量,均具有正負(fù),UAB=φA-φB電勢(shì)和電勢(shì)差的比較電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)電勢(shì)
電勢(shì)差
電場(chǎng)強(qiáng)度
電場(chǎng)力的功
電場(chǎng)力
電勢(shì)能
?思考討論:如圖在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,將一個(gè)帶電量為q的正電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),已知A、B之間的電勢(shì)差UAB,A、B之間的距離為ddqABE探究1:若沿場(chǎng)強(qiáng)方向移動(dòng)電荷從力的角度:W=Fd=qEdAB
①?gòu)哪艿慕嵌龋海?qUAB
②由①
②
兩式得:UAB=EdAB
兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于場(chǎng)強(qiáng)和這兩點(diǎn)間距離的乘積正確嗎?dqABE探究2:如果他們不在一條電場(chǎng)線上,還能得出以上結(jié)論嗎?請(qǐng)嘗試進(jìn)行論證。ElBqAd)θW=qUAB
W=qELcosθ=qEdUAB
=Ed結(jié)論:勻強(qiáng)電場(chǎng)中,兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于電場(chǎng)強(qiáng)度與這兩點(diǎn)沿電場(chǎng)方向的距離的乘積。知識(shí)點(diǎn)二:勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系1.定義:在勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于兩點(diǎn)間電勢(shì)差與兩點(diǎn)沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向距離的比值。3.單位:伏每米(V/m)1V/m=1N/C或2.公式:公式公式含義適用范圍
電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式任意電場(chǎng)真空中點(diǎn)電荷電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式真空中靜止點(diǎn)電荷電場(chǎng)
勻強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度的三種求解方法:電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)差的三種求解方法:例題:如圖所示,兩塊金屬板之間的電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng),兩板間的電壓U
=3×103V,兩板間距離d
=20cm。質(zhì)子質(zhì)量m
=1.67×10-27
kg,電荷量q
=1.60×10-19C,取重力加速度g=10m/s2
。(1)求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小。(2)比較質(zhì)子在電場(chǎng)中A點(diǎn)受到的靜電力和重力的大小,可得出什么結(jié)論?解:設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E,質(zhì)子在電場(chǎng)中受到的靜電力為F,重力為G。比較質(zhì)子受到的靜電力和重力,可發(fā)現(xiàn)靜電力比重力大得多。微觀粒子在電場(chǎng)中受到的靜電力比重力大得多,所以在分析微觀粒子(甚至一些帶電微粒)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí),重力通常可忽略不計(jì)。知識(shí)點(diǎn)三:勻強(qiáng)電場(chǎng)中的幾個(gè)推論1.在勻強(qiáng)電場(chǎng)中任意一條直線上,任意相等距離的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差相等(電勢(shì)均勻變化)。EABCAB=BCθUAB=UBC2.在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,兩條平行線段上相等距離的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差相等。EABCDAB//CD且AB=CD=LUAB
=UCDEBAO如圖所示,AB為勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩點(diǎn),O為AB連線的中點(diǎn),試推導(dǎo)出O點(diǎn)的電勢(shì)與A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)之間的關(guān)系。NM
3.在勻強(qiáng)電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)連線中點(diǎn)的電勢(shì)等于這兩點(diǎn)電勢(shì)之和的一半。4.在勻強(qiáng)電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)的連線的n等分點(diǎn)也將這兩點(diǎn)間的電勢(shì)差n等分。(幾何等分點(diǎn)也是電勢(shì)差等分點(diǎn))如圖所示,AB為勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩點(diǎn),如果O1、O2、O3…
On為AB連線的n等分點(diǎn),那么O1、O2、O3…
On
是否也是A、B間電勢(shì)差的n等分點(diǎn)?如圖所示,在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,沿電場(chǎng)線方向建立一直線坐標(biāo)系,O為原點(diǎn),取O點(diǎn)的電勢(shì)為0,則坐標(biāo)為x處的電勢(shì)是多大?試畫(huà)出電勢(shì)隨坐標(biāo)的變化圖像。
在圖象中φ-x,斜率大小就是場(chǎng)強(qiáng)大小。5.在勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)隨位置坐標(biāo)均勻降落。設(shè)坐標(biāo)為x的P點(diǎn)∵UOP=φO-φP=E?(x-0)∴φP=-E?x
1.關(guān)于勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差的關(guān)系,下列說(shuō)法正確的是()A.任意兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于場(chǎng)強(qiáng)和這兩點(diǎn)間距離的乘積B.沿電場(chǎng)線方向上,相同距離上電勢(shì)降落一定相等C.電勢(shì)降落的方向一定是電場(chǎng)強(qiáng)度的方向D.電勢(shì)降落最快的方向不一定是電場(chǎng)強(qiáng)度的方向B2.如圖所示,a、b、c是一條電場(chǎng)線上的三個(gè)點(diǎn),電場(chǎng)線的方向由a到c,a、b間的距離等于b、c間的距離,用φa、φb、φc和Ea、Eb、Ec分別表示a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)和電場(chǎng)強(qiáng)度,可以判定 (
)A.φa>φb>φc B.Ea>Eb>EcC.φa-φb=φb-φc D.Ea=Eb=EcA3.如圖所示,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中有M、N兩點(diǎn),間距為2cm。兩點(diǎn)的連線與電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行,將一個(gè)帶電荷量為-4×10-8
C的電荷由M移到N,其克服電場(chǎng)力做功2.4×10-6
J。則:(1)M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為多少?(2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為多大?(1)UMN=60V。(2)E=3000N/m。4.(多選)細(xì)胞膜的厚度等于700nm(1nm=1×10-9
m),當(dāng)膜的內(nèi)外層之間的電壓達(dá)0.4V時(shí),即可讓一價(jià)鈉離子滲透。設(shè)細(xì)胞膜內(nèi)的電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng),則
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