（新教材）人教版高中物理必修第三册课件：10.2 电势差 .pptx

1、第十章第十章 静电场中的能量静电场中的能量 学学 习习 目目 标标 1.通过与“高度差”的类比分析通过与“高度差”的类比分析,理解电势差的概念理解电势差的概念,知道电势差知道电势差 与零电势点的选取无关以及电势差的正负表示两点间电势的高与零电势点的选取无关以及电势差的正负表示两点间电势的高 低关系低关系,体会类比法在科学研究中的作用体会类比法在科学研究中的作用. 2.通过对匀强电场中静电力做功与电势能变化的关系的分析研通过对匀强电场中静电力做功与电势能变化的关系的分析研 究究,知道静电力做功与电势差的定量关系知道静电力做功与电势差的定量关系,会应用公式会应用公式UAB= 进进 行分析计算行分析

2、计算,体会用物理量之比定义物理量的方法体会用物理量之比定义物理量的方法. 3.通过与“等高线”的类比分析通过与“等高线”的类比分析,认识等势面认识等势面.会画常见电场的等会画常见电场的等 势面势面.通过论证等势面与电场线的关系通过论证等势面与电场线的关系,体会反证法是科学研究体会反证法是科学研究 中重要的方法之一中重要的方法之一. 2 电势差电势差 知识点一知识点一 电势差电势差 答案答案:影响静电力做功的因素是影响静电力做功的因素是A、B两点之间的电势的两点之间的电势的 差值差值. 1.若选择不同的位置作为零电势点若选择不同的位置作为零电势点,电场中某点电势的数值电场中某点电势的数值 会改变

3、会改变,但电场中某两点之间电势的差值会变化吗但电场中某两点之间电势的差值会变化吗? 2.某个电荷在确定的电场中从某个电荷在确定的电场中从A点移动到点移动到B点点,影响静电力影响静电力 做功的因素是做功的因素是A点和点和B点的电势能点的电势能,还是还是A、B两点之间的两点之间的 电势的差值电势的差值? 答案答案:不变不变. 3.概念概念:在电场中在电场中,两点之间电势的差值叫作两点之间电势的差值叫作,也叫作也叫作 . 4.表达式表达式:设电场中设电场中A点的电势为点的电势为A,B点的电势为点的电势为B,则它们则它们 之间的电势差可以表示为之间的电势差可以表示为UAB=,UBA=. 5.静电力做的

4、功与电势差的关系为静电力做的功与电势差的关系为WAB=,即即UAB= . 电势差电势差 电压电压 A-B B-A qUAB 知识点二知识点二 等势面等势面 1.等势面等势面:在电场中在电场中, 相同的各点构成的面相同的各点构成的面 答案答案:电场线跟等势面垂直电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势并且由电势高的等势面指向电势 低的等势面低的等势面. 2.为什么在同一个等势面上移动电荷时为什么在同一个等势面上移动电荷时,静电力不做功静电力不做功? 答案答案:因为在同一个等势面上因为在同一个等势面上,任何两点的电势都相等任何两点的电势都相等,即任即任 何两点之间的电势差是何两点之间的电势

5、差是0,根据静电力做功与电势差的关系根据静电力做功与电势差的关系 式式WAB=qUAB可知可知,在同一个等势面上移动电荷时在同一个等势面上移动电荷时,静电力不静电力不 做功做功. 3.等势面与电场线有什么关系等势面与电场线有什么关系? 电势电势 小试身手小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打“正确的打“”, ,错误错误 的打“的打“”).”). 1.电压就是电势电压就是电势.( ) 2.电势差和静电力做的功都是标量电势差和静电力做的功都是标量.( ) 3.根据根据UAB= ,电场中电场中A、B两点之间的电势差和静电力做两点之间的电势差和静电力做 的

6、功成正比的功成正比.( ) 4.UAB与与q、WAB无关无关,与是否移动电荷也没有关系与是否移动电荷也没有关系.( ) 5.等势面上等势面上,不仅各点电势相同不仅各点电势相同,电场强度也一定相同电场强度也一定相同.( ) 6.等势面是真实存在的等势面是真实存在的.( ) 探究探究一一 电势差电势差 问题情境问题情境 如图所示如图所示,在一个电场强度为在一个电场强度为E的匀强电场中的匀强电场中,若选若选B点的电点的电 势为势为0,则则A点的电势为点的电势为A=8 V,C点的电势为点的电势为C=-4 V,某个电某个电 荷量为荷量为q的正电荷从的正电荷从A点移动到点移动到B点点. 1.A、B两点之间

7、的电势差两点之间的电势差UAB是多少是多少?B、A两点之间的电势两点之间的电势 差差UBA是多少是多少?UAB和和UBA有什么关系有什么关系? 答案答案: A、B两点之间的电势差两点之间的电势差UAB=A-B=8 V,B、A两点之两点之 间的电势差间的电势差UBA=B-A=-8 V,UAB和和UBA的关系为的关系为UAB=-UBA. 2.若取若取C点为零电势点点为零电势点,则则UAB是多少是多少?A、B各是多少各是多少? 答案答案:UAB=8 V,A=12 V,B=4 V. 3.选取不同的位置作为零电势点选取不同的位置作为零电势点,电场中某点的电势会变吗电场中某点的电势会变吗? 某两点间的电势

8、差会变吗某两点间的电势差会变吗? 答案答案:某点的电势会变某点的电势会变,两点之间的电势差不变两点之间的电势差不变. 4.试推导静电力做的功试推导静电力做的功WAB与与A、B两点之间电势差两点之间电势差UAB的的 关系关系. 答案答案:电荷从电荷从A点移动到点移动到B点点,静电力做的功静电力做的功WAB等于电荷在等于电荷在A、 B两点的电势能之差两点的电势能之差,有有WAB=EpA-EpB=qA-qB=q(A-B)= qUAB,即即UAB= . 过程建构过程建构 1.对电势差的几点认识对电势差的几点认识. (1)必须明确是哪两点间的电势差必须明确是哪两点间的电势差,如如A、B间的电势差记间的电

9、势差记 为为UAB,B、A间的电势差记为间的电势差记为UBA,而而UAB=-UBA. (2)电场中两点间的电势差与零电势位置的选取无关电场中两点间的电势差与零电势位置的选取无关. (3)电势差为标量电势差为标量,有正、负之分有正、负之分,电势差的正负表示电场电势差的正负表示电场 中两点电势的高低中两点电势的高低.例如例如,当当A点电势比点电势比B 点电势高时点电势高时,UAB 为正值为正值,UBA则为负值则为负值. 2.电势与电势差的对比电势与电势差的对比. 比较项比较项 电势电势 电势差电势差U 概念概念 电势能与电荷量的比值电势能与电荷量的比值,= 静电力做功与电荷量的比值静电力做功与电荷

10、量的比值, U= 决定决定 因素因素 由电场和在电场中的位置决定由电场和在电场中的位置决定 由电场和场内两点位置决定由电场和场内两点位置决定 相对性相对性 与零电势位置的选取有关与零电势位置的选取有关 与零电势位置的选取无关与零电势位置的选取无关 联系联系 UAB=A-B,当当B=0时时,UAB=A; 在国际单位制中的单位均是伏特在国际单位制中的单位均是伏特(V); 二者都是标量二者都是标量,且均有正负之分且均有正负之分 3.对公式对公式UAB= 的说明的说明. 公式公式UAB= 适用于一切电场适用于一切电场,WAB为带电粒子从初位置为带电粒子从初位置 A移动到末位置移动到末位置B静电力做的功

11、静电力做的功,q为带电粒子的电荷量为带电粒子的电荷量. 计算时静电力做的功和电荷量可以包含正负号计算时静电力做的功和电荷量可以包含正负号,也可以也可以 仅代入数值计算仅代入数值计算,最后判断两点间电势差的正负最后判断两点间电势差的正负. 【典例【典例1】下列关于电势差的说法正确的是】下列关于电势差的说法正确的是 ( ) A.两点间的电势差等于电荷从其中一点移到另一点时两点间的电势差等于电荷从其中一点移到另一点时,静静 电力所做的功电力所做的功 B.1 C正电荷从电场中一点移动到另一点正电荷从电场中一点移动到另一点,如果静电力做了如果静电力做了 1 J的功的功,这两点间的电势差就是这两点间的电势

12、差就是1 V C.在两点间移动电荷时在两点间移动电荷时,静电力做功的多少跟这两点间的静电力做功的多少跟这两点间的 电势差无关电势差无关 D.两点间的电势差的大小跟放入这两点的电荷的电荷量两点间的电势差的大小跟放入这两点的电荷的电荷量 成反比成反比 解析解析:根据电势差计算式根据电势差计算式UAB= ,可知两点间的电势差等可知两点间的电势差等 于单位正电荷从其中一点移到另一点时于单位正电荷从其中一点移到另一点时,静电力所做的功静电力所做的功, 选项选项A错误错误.1 C的正电荷从电场中一点移到另一点的正电荷从电场中一点移到另一点,如果静如果静 电力做了电力做了1 J的功的功,由由UAB= ,可知

13、这两点间的电势差就是可知这两点间的电势差就是 1 V,选项选项B正确正确.根据根据WAB=qUAB知在两点间移动电荷时知在两点间移动电荷时,静静 电力做功的多少跟这两点间的电势差有关电力做功的多少跟这两点间的电势差有关,选项选项C错误错误.两两 点间的电势差是由电场本身决定的点间的电势差是由电场本身决定的,与所放入电荷无关与所放入电荷无关,选选 项项D错误错误. 答案答案:B 【典例【典例2】如图所示】如图所示,真空中静止点电荷产生的电场中真空中静止点电荷产生的电场中,A、 B为同一条电场线上的两点为同一条电场线上的两点.取无穷远处为零势能点取无穷远处为零势能点.电荷电荷 量为量为+q的试探电

14、荷的试探电荷,在在A点的电势能为点的电势能为EpA,在在B点的电势能点的电势能 为为EpB,则则A、B两点间的电势差两点间的电势差UAB等于等于 ( ) A. + B.+ C. D. 解析解析:A、B两点间的电势差为两点间的电势差为UAB= .从从A到到B静电力做的静电力做的 功等于试探电荷在功等于试探电荷在A、B两点的电势能之差两点的电势能之差,则有则有 WAB=EpA- EpB,解得解得UAB= ,选项选项A、B、C错误错误,选项选项D正确正确. 答案答案:D 探究探究二二 等势面等势面 问题情境问题情境 地图中常用等高线来表示地势的高低地图中常用等高线来表示地势的高低.与此相似与此相似,

15、在电场的在电场的 图示中图示中,常用等势面来表示电势的高低常用等势面来表示电势的高低.如图是两种电场的如图是两种电场的 等势面和电场线等势面和电场线.每幅图中每幅图中,两个相邻的等势面间的电势差两个相邻的等势面间的电势差 是相等的是相等的. 甲甲 点电荷点电荷 乙乙 带等量异种电荷的平行板带等量异种电荷的平行板 1.为什么等势面一定跟电场线垂直为什么等势面一定跟电场线垂直?在同一等势面上任何在同一等势面上任何 两点间移动电荷时两点间移动电荷时,静电力做功有什么特点静电力做功有什么特点? 答案答案:反证法反证法:假如电场线与等势面不垂直假如电场线与等势面不垂直,电场强度就有一电场强度就有一 个沿

16、着等势面的分量个沿着等势面的分量,在等势面上移动电荷时静电力就要在等势面上移动电荷时静电力就要 做功做功,电荷的电势能就要发生变化电荷的电势能就要发生变化,这与这个面是等势面相这与这个面是等势面相 矛盾矛盾.在同一等势面上稳动电荷时在同一等势面上稳动电荷时,静电力不做功静电力不做功. 2.等势面和电场线都可以用来描绘电场等势面和电场线都可以用来描绘电场,请分析等势面如何请分析等势面如何 描述电场的强弱和方向描述电场的强弱和方向? 答案答案:(1)等差等势面密的地方等差等势面密的地方,电场较强电场较强;等差等势面疏的地等差等势面疏的地 方方,电场较弱电场较弱;等差等势面均匀分布的电场是匀强电场等

17、差等势面均匀分布的电场是匀强电场;由等由等 差等势面的疏密可以定性确定电场的强弱差等势面的疏密可以定性确定电场的强弱. (2)由于沿着电场线的方向由于沿着电场线的方向,电势越来越低电势越来越低,所以电场线由电所以电场线由电 势高的等势面指向电势低的等势面势高的等势面指向电势低的等势面. 过程建构过程建构 1.等势面的特点等势面的特点. (1)等势面是为描述电场而假想的面等势面是为描述电场而假想的面,实际上并不存在实际上并不存在. (2)在等势面上移动电荷在等势面上移动电荷,静电力不做功静电力不做功. (3)电场线总是和等势面垂直电场线总是和等势面垂直,且从电势较高的等势面指向且从电势较高的等势

18、面指向 电势较低的等势面电势较低的等势面. (4)在电场线密集的地方在电场线密集的地方,等差等势面密集等差等势面密集;在电场线稀疏在电场线稀疏 的地方的地方,等差等势面稀疏等差等势面稀疏. (5)在空间中两等势面不相交在空间中两等势面不相交. 2.两种常见电场的等势面两种常见电场的等势面. (1)等量异种电荷电场的等势面等量异种电荷电场的等势面:左右对称左右对称,过两点电荷连过两点电荷连 线中点的中垂面是一个等势面线中点的中垂面是一个等势面,如图甲中虚线所示如图甲中虚线所示. 乙乙 甲甲 (2)等量同种电荷电场的等势面等量同种电荷电场的等势面:左右对称左右对称,以正电荷为例以正电荷为例, 如图

19、乙中虚线所示如图乙中虚线所示. 【典例【典例3】(多选多选)如图所示如图所示,在一负点电荷形成的电场中在一负点电荷形成的电场中,有有 A、B、C三点三点,它们到点电荷的距离为它们到点电荷的距离为rArBA,同一负电荷在电势低处同一负电荷在电势低处 电势能大电势能大,选项选项C错误错误;因因UAB=UBC,据据W=qU知知 WAB=WBC,选选 项项D正确正确. 答案答案:BD 课堂评价课堂评价 答案答案:ABC 1.(多选多选)下列各物理量中下列各物理量中,与试探电荷无关的量是与试探电荷无关的量是 ( ) A.电场强度电场强度E B.电势电势 C.电势差电势差U D.静电力做的功静电力做的功

20、答案答案:C 2.在电场中把电荷量为在电场中把电荷量为2.010-9 C的正电荷从的正电荷从A点移到点移到B 点点,静电力做功静电力做功1.510-7 J,则则A、B两点电势差为两点电势差为( ) A.310-16 V B.30 V C.75 V D.7.510-16 V 3.图中的平行直线表示一簇等势面图中的平行直线表示一簇等势面.一个所带电荷量为一个所带电荷量为-5.0 10-8 C的点电荷的点电荷,沿图中曲线从沿图中曲线从A点移到点移到B点点,静电力做的静电力做的 功为功为 ( ) 答案答案:B A.-5.010-7 J B.5.010-7 J C.-3.510-6 J D.3.510-

21、6 J 4.如图所示如图所示,将电荷量为将电荷量为q=3.010-9 C的点电荷从匀强电场的点电荷从匀强电场 中的中的B点移动到点移动到A点点,xAB=2 cm,静电力做的功为静电力做的功为-610-7 J,求求: (1)A、B两点的电势差两点的电势差UAB; (2)匀强电场的电场强度匀强电场的电场强度E的大小的大小. 解析解析:(1)把点电荷从把点电荷从B点移动到点移动到A点静电力做负功点静电力做负功,则把则把 点电荷从点电荷从A点移动到点移动到B点静电力做正功点静电力做正功,所以所以A、B两点两点 的电势差的电势差UAB= =200 V. (2)由由W=qEd知知,匀强电场的电场强度匀强电场的电场强度 E= = =10 000 N/C. 答案答案:(1)200 V (2)10 000 N/C