2018-2019學年高中物理 第一章 靜電場 1.5 電勢差課件 新人教版選修3-1.ppt

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5 電 勢 差,【自主預習】 1.電勢差： (1)定義：電場中兩點間電勢的差值叫作_______，也 叫_____。它與電勢零點的選取無關。 (2)表示：電場中A點的電勢記為φA，B點的電勢記 為φB，則A、B間的電勢差表示成UAB=_______或 UBA=_______。,電勢差,電壓,φA-φB,φB-φA,,(3)矢標性：電勢差是標量，可以是正值，也可以是 負值。當A點電勢比B點電勢高時，UAB為_____；當A點 電勢比B點電勢低時，UAB為_____。 (4)單位：國際單位是_____，符號為__。,正值,負值,伏特,V,,2.電勢差與電場力做功的關系： (1)電荷q在電場中從A點移到B點，A、B兩點間的電勢 差為UAB，則靜電力做的功WAB=____，該公式對任何電 場都成立，則UAB= 。 (2)電荷在電場中移動時，電場力做的功與兩點間的 _______有關，與電荷在電場中移動的路徑無關。,qUAB,,電勢差,,【預習小測】 1.(多選)對于電場中任意兩點間的電勢差，下列說法中正確的是( ) A.電勢差越大，在這兩點間移動電荷時靜電力做的功越多 B.兩點間的電勢差，數(shù)值上等于在這兩點間移動單位正電荷時靜電力做的功,,C.兩點間的電勢差與在這兩點間移動的電荷有關 D.兩點間的電勢差與在這兩點間移動的電荷無關,,【解析】選B、D。由WAB=qUAB可知，靜電力做功與電荷 量、電勢差兩個因素有關，選項A錯誤。由UAB= 可知，當電荷量為單位正電荷時，電勢差的數(shù)值等于 靜電力做的功，選項B正確。電勢差由電場本身決定， 與在兩點間移動的電荷無關，選項C錯誤，選項D正確。,,2.如圖所示，在-Q形成的電場中，有a、b、c三點，它們到點電荷的距離為rarbrc，且Uab=Ubc。則( ) A.a點電勢高于c點電勢 B.a點場強比c點場強大 C.同一負電荷放在c點比放在a 點的電勢能大 D.同一負電荷由a點移到b點， 比由b點移到c點電場力做功多,,【解析】選B。由孤立負點電荷電場線和等勢面的分布知A錯誤、B正確；因φcφa，同一負電荷在電勢低處電勢能大，故C錯誤；因Uab=Ubc，據(jù)W=qU知Wab=Wbc，D錯誤。,主題一 電勢差 【互動探究】 如圖所示，同一條電場線上的A、B、O三點電勢值分別為4 V、1 V、0 V。,,試結合上述情境，討論下列問題： (1)A、B兩點間的電勢差UAB和B、A兩點間的電勢差UBA分別為多少？二者有什么關系？,,提示：UAB=φA-φB=3V UBA=φB-φA=-3V UAB=-UBA,,(2)如果取φA=0，則B、O兩點的電勢為多少？UAB為多少？UBA為多少？二者有何關系？ 提示：φB=-3V，φO=-4V UAB=φA-φB=3V UBA=φB-φA=-3V 同樣有UAB=-UBA,,(3)由上面的討論，你能得到什么結論？ 提示：①電勢具有相對性，與零電勢點的選取有關，而電勢差是絕對的，與零電勢點的選取無關。 ②電場中兩點之間的電勢差UAB=-UBA。,【探究總結】 電勢與電勢差的比較,,【拓展延伸】(1)電場中兩點的電勢差，由電場本身的初、末位置決定。在確定的電場中，即使不放入電荷，任何兩點間的電勢差都有確定的值。 (2)學到電勢差時，必須明確所指的是哪兩點的電勢差。A、B間的電勢差記為UAB，而B、A間的電勢差記為UBA，且UAB=-UBA。,,【典例示范】 (多選)(2018廣州高二檢測)下列說法正確的是( ) A.電勢差與電勢一樣，是相對量，與零電勢點的選取 有關 B.電勢差是一個標量，但是有正值和負值之分 C.由于電場力做功跟移動電荷的路徑無關，所以電勢差也跟移動電荷的路徑無關，只跟這兩點的位置有關,,D.A、B兩點的電勢差是恒定的，不隨零電勢點的不同而改變，所以UAB=UBA,,【解題指南】解答本題把握以下三點： (1)電勢差與零電勢點的選取無關，是絕對量。 (2)電勢差由電場和這兩點間的位置決定。 (3)電勢差是標量，正負反映了兩點間電勢的高低。,,【解析】選B、C。電勢具有相對性、與零電勢點的選擇有關，而電勢差是標量，有正、負之分，但大小與零電勢點的選取無關，故A錯誤、B正確；由于UAB=φA-φB，UBA=φB-φA，故UAB=-UBA，故D錯誤；電勢差為電場中兩點電勢之差，與移動電荷的路徑無關，故C正確。,,【探究訓練】 1.(多選)下列關于電場的描述，正確的是( ) A.電場中某點電勢的大小、正負與零電勢點的選取有關 B.電場中某兩點間的電勢差與零電勢點的選取有關 C.同一點電荷處于電場中的不同位置時，具有的電勢能越大，說明那一點的電勢越高,,D.同一點電荷在電場中任意兩點間移動時，只要靜電力做的功相同，那么兩點間的電勢差一定相同,,【解析】選A、D。電場中某兩點間的電勢差與零電勢點的選取無關；對負電荷而言，它在電場中具有的電勢能越大，說明該點的電勢越低，故B、C錯，A、D對。,,2.如圖所示，如果B板接地(取大地的電勢為零，則與大地相連的導體的電勢也為零)，則A板電勢為8V，M點電勢為6V，N點電勢為2V。,,(1)求M、N兩點間的電勢差是多少伏？ (2)如果改為A板接地，問：B點的電勢是多大？M、N兩點的電勢各是多大？M、N兩點間的電勢差是多少伏？,,【解題指南】解答本題需要把握以下三點： (1)電勢差的求法。 (2)電勢的求法。 (3)電勢差的值與零電勢點的選取無關。,,【解析】(1)M、N兩點間的電勢差UMN=φM-φN=4V。 (2)若A板接地，則根據(jù)UAB=φA-φB得， φB=-UAB=UBA=-8V M、N兩點的電勢 φM=UMA=-2V，φN=UNA=-6V，UMN=φM-φN=4V 答案：(1)4V (2)-8V -2V -6V 4V,,【補償訓練】 1.在某電場中，A、B兩點間的電勢差UAB=60V，B、C兩點間的電勢差UBC=-50V，則A、B、C三點電勢高低關系是( ) A.φAφBφC B.φAφCφB D.φCφBφA,,【解析】選C。因為UAB=φA-φB=60V0，所以φAφB，又UBC=φB-φC=-50V0，所以φAφC，故φAφCφB。正確選項為C。,,2.(2018臺州高二檢測)如圖所示，正點電荷電場中有A、B兩點，將一電荷量q=+3.210-19C的檢驗電荷從電場中的A點移至B點，電場力做功W=+6.410-20J，則A、B兩點間的電勢差U等于( ),A.0.5 V B.0.2 V C.5 V D.2 V,,【解析】選B。A、B兩點間的電勢差U= =0.2 V，故選B。,,主題二 電勢差與電場力做功的關系 【互動探究】 在某電場中將電荷q從A點移至B點，電場力做功為WAB，A、B兩點間電勢差為UAB。 試結合上述情境，討論下列問題：,(1)UAB與WAB有什么關系？ 提示：電荷q從電場中A點移到B點，由靜電力做功與電 勢能變化的關系可得：WAB=EpA-EpB；由電勢能與電勢的 關系φ= 可得：EpA=qφA，EpB=qφB；所以WAB=q(φA -φB)，即WAB=qUAB或UAB= 。,,(2)UAB與WAB的關系只適用于勻強電場嗎？ 提示：WAB=qUAB或UAB= 對任何電場都適用。,(3)根據(jù)UAB= 可知電場中A、B兩點的電勢差UAB與靜電力做的功WAB成正比，與試探電荷的電荷量q成反比，請分析這種說法正確嗎？ 提示：不正確。電勢差反映了電場本身的性質，UAB僅由電荷移動的兩位置A、B決定，與所經(jīng)路徑、WAB、q均無關，但可由UAB= 計算UAB，而WAB卻由q、UAB決定。,【探究總結】 電勢差與電場力做功的關系理解 (1)公式UAB= 中，WAB為q從初位置A移到末位置B時電場力做的功，做正功代入正值，做負功代入負值。q為電荷所帶電荷量，正電荷取正值，負電荷取負值。,,(2)電場中兩點的電勢差，由電場中兩點位置決定，與在這兩點間移動電荷的電荷量、電場力做功的大小無關。在確定的電場中，即使不放入電荷，任何兩點間的電勢差都有確定的值，不能認為UAB與WAB成正比，與q成反比，但是可以利用WAB、q來測量A、B兩點間的電勢差。,(3)由比值定義式UAB= 可以看出，UAB在數(shù)值上等于單位正電荷由A點移到B點時電場力所做的功，若電場力對單位正電荷做正功，UAB為正值，若電場力對單位正電荷做負功，則UAB為負值。,,(4)涉及電勢差時，必須明確所指的是哪兩點(兩位置) 間的電勢差，A、B間的電勢差記為UAB，B、A間的電勢 差記為UBA，同一個電荷q在電場中從A到B電場力做的 功WAB與從B到A電場力做的功WBA存在的關系為WAB=-WBA， 所以UAB=-UBA。,,【拓展延伸】含電場力做功的功能關系 (1)只有靜電力做功：只發(fā)生電勢能和動能之間的相互轉化，電勢能和動能之和保持不變，它們之間的大小關系為W電=-ΔE電=ΔEk。,,(2)只有靜電力和重力做功：只發(fā)生電勢能、重力勢能和動能之間的相互轉化，電勢能、重力勢能、動能三者之和保持不變，功和能的大小關系為W電+WG=-(ΔE電+ΔEp)=ΔEk。 (3)多個力做功：多種形式的能量參與轉化，要根據(jù)不同力做功和不同形式的能轉化的對應關系分析，總功等于動能的變化，其關系為W電+W其他=ΔEk。,,【典例示范】 有一個帶電荷量q=-310-6C的點電荷，從某電場中的A點移到B點，電荷克服電場力做610-4J的功，從B點移到C點，電場力對電荷做910-4J的功，問：,,(1)AB、BC、CA間的電勢差各為多少？ (2)若以B點電勢為零，則A、C兩點的電勢各為多少？電荷在A、C兩點的電勢能各為多少？,,【解題指南】解答本題時把握以下兩點： (1)可根據(jù)UAB= 計算兩點間的電勢差。 (2)可根據(jù)Ep=qφ計算電荷在某點的電勢能。,,【解析】(1)方法一：|UAB|= =200V 因負電荷從A移到B克服電場力做功，必是從高電勢點 移向低電勢點， 即φAφB，UAB=200V。 |UBC|= =300V 因負電荷從B移到C電場力做正功，必是從低電勢點移 向高電勢點，即φCφB，UBC=-300V,,方法二：電荷從A移到B克服電場力做功即電場力做負功， WAB=-610-4J， UAB= =200V UBC= =-300V UCA=UCB+UBA=-UBC+(-UAB)=300V-200V=100V,,(2)若φB=0，由UAB=φA-φB 得：φA=UAB=200V， 由UBC=φB-φC， 得φC=φB-UBC=0-(-300V)=300V。 電荷在A點的電勢能 EpA=qφA=-310-6200J=-610-4J 電荷在C點的電勢能,,EpC=qφC=-310-6300J=-910-4J。 答案：(1)200V -300V 100V (2)200V 300V -610-4J -910-4J,,【探究訓練】 (多選)(2018長沙高二檢測)如果在某電場中將5.010-8C的電荷由A點移到B點(如圖所示)，電場力做6.010-3J的功，則( ),,A.A、B兩點間的電勢差為3.010-10V B.A、B兩點間的電勢差為1.2105V C.若將2.510-8C的電荷由A點移到B點，電場力做3.010-3J的功 D.若將2.510-8C的電荷由A點移到B點，電場力做3.010-17J的功,,【解析】選B、C。A、B兩點間的電勢差UAB= =1.2105V，故B正確，A錯誤；在A、B兩點間移動 2.510-8C的電荷時，A、B間的電勢差不變，則電場 力做功為W′AB=q′UAB=2.510-81.2105J =3.0 10-3J，故C正確，D錯誤。,,【補償訓練】 1.如圖所示，a、b、c、d、e五點在一直線上，b、c兩點間的距離等于d、e兩點間的距離，在a點固定放置一個點電荷，帶電荷量為+Q，已知在+Q的電場中b、c兩點間的電勢差為U。將另一個點電荷+q從d點移動到e點的過程中( ),,A.電場力做功qU B.克服電場力做功qU C.電場力做功大于qU D.電場力做功小于qU,,【解析】選D。應用電場力做功的公式W=qU分析。該電場力為點電荷產(chǎn)生的電場，從a→e電勢變化量不均勻，且UbcUde，故點電荷+q從d點移到e點電場力做功，且小于qU。,,2.電場中有a、b兩點，a點電勢為2V，帶電量為2 10-8C的負離子僅在電場力作用下從a運動到b的過程 中，電場力做正功410-8J，則( ) A.b點電勢是2V B.a、b兩點中，b點電勢較高 C.此電荷的電勢能增加 D.該電荷速度可能減小,,【解析】選B。負離子僅在電場力作用下從a運動到b， 電場力做正功，電荷的電勢減小，動能增大，因而速 度增大，C、D錯誤；由Uab= =-2V。 又Uab=φa-φb，故φb=φa-Uab=4V，b點電勢較高，A錯 誤，B正確。,,3.如圖所示，電場中A、B兩點電勢差為30V，一個電荷量為510-8C的正點電荷由A運動到B，電場力對點電荷做了多少功？B、C兩點間的電勢差大小為15V，該點電荷從B運動到C，電場力對點電荷做了多少功？,,【解析】方法一：根據(jù)電場力做功與電勢差的關系得： WAB=qUAB=510-830J=1.510-6J。 WBC=qUBC=510-8(-15)J=-7.510-7J。 方法二：正點電荷從A運動到B時，是順著電場線方向移動的，所以電場力做正功，其大小W1=qU1=1.5 10-6J。,,正點電荷從B運動到C時，是逆著電場線方向移動的，所以電場力做負功，其大小W2=qU2=7.510-7J。 答案：1.510-6J -7.510-7J,,4.(2018常德高二檢測)在電場中把一個電荷量為 -610-8C的點電荷從A點移到B點，靜電力做功為 -310-5J，將此電荷從B點移到C點，靜電力做功為 4.510-5J。 (1)求A與C兩點間的電勢差。 (2)取C點為零電勢點時，A點的電勢為多大？,,【解析】方法一：(1)把電荷從A移到C靜電力做功WAC=WAB+WBC=-310-5J+4.510-5J=1.510-5J， 則A、C間的電勢差UAC= =-250V。,,(2)取φC=0，φA=UAC=-250V。 方法二：(1)UAB= =500V； UBC= =-750V， 則UAC=UAB+UBC=500V-750V=-250V。 (2)取φC=0，φA=UAC=-250V。 答案：(1)-250V (2)-250V,,【延伸探究】在上題的電場中，若把一個q=410-8C的點電荷在電場中移動。 (1)由A移到B，靜電力做多少功？ (2)由B移到C，靜電力做多少功？,,提示：(1)因為UAB=500V，所以WAB=qUAB=210-5J。 (2)UBC=-750V，WBC=qUBC=-310-5J。 答案：(1)210-5J (2)-310-5J,,【通法悟道】應用公式UAB= 的兩點問題 (1)WAB、UAB、q均可正可負，WAB取正號表示從A點移動 到B點時靜電力對電荷做正功，UAB取正號表示φAφB，q取正號表示試探電荷為正電荷；WAB取負號表示從A點移動到B點時靜電力對電荷做負功，UAB取負號表示φAφB，q取負號表示試探電荷為負電荷。,,(2)應用公式WAB=qUAB求解時，可將各量的正負號及數(shù)值一并代入進行計算。也可以將各物理量都取絕對值，計算大小，再根據(jù)電荷的移動方向及所受電場力的方向的具體情況來確定電場力做功的正負，根據(jù)電荷在電場中的始末位置確定電勢差的正負進而確定場強方向。,【課堂小結】,