高中第十章 静电场中的能量2 电势差说课ppt课件

这是一份高中第十章 静电场中的能量2 电势差说课ppt课件，共44页。PPT课件主要包含了电势差，目标体系构建，素养目标，课前预习反馈，知识点1，φA－φB，φB－φA，代数法，知识点2，EpA－EpB等内容，欢迎下载使用。
【课程标准】1．了解电势差的内涵。知道电势差与零电势点的选择无关。2．掌握电势差的表达公式，知道正、负号与电势高低的对应关系。3．知道静电力做功与电势差的关系，会进行相关问题的计算。4．知道等势面的定义，明确电场线一定与等势面垂直。
　　　电势差1．定义电场中两点间电势的________，也叫________。2．关系式设电场中A点的电势为φA，B点的电势为φB，则：A、B两点之间的电势差为：UAB＝__________。B、A两点之间的电势差可以表示为：UBA＝__________。所以UAB＝______UBA。
3．电势差的正负电势差是________，但有正、负。电势差的正、负表示两点间电势的高低。所以电场中各点间的电势差可依次用__________相加。
　　　电势差与静电力做功的关系1．关系WAB＝qUAB或UAB＝______。2．推导WAB＝____________＝qφA－qφB＝____________，即WAB＝qUAB。
　　　等势面1．定义在电场中，________________________叫作等势面。2．等势面特点(1)等势面上各点电势相等，在等势面上移动电荷电场力________。(2)等势面一定跟电场线________，而且电场线总是由电势较高的等势面指向____________的等势面。
电势相等的点组成的面　
『判一判』(1)电场中两点的电势越高，电势差越大。(　　)(2)UAB＞0说明从A到B电势降低。(　　)(3)电势差有正负值，是矢量。(　　)(4)WAB＞0说明电荷从A点移到B点的过程中静电力做正功。(　　)
(5)若UAB＞0，则电场对电荷q做的功WAB＞0。(　　)(6)公式WAB＝qUAB适用于任何电场，不必考虑静电力的大小和电荷移动的路径，对于静电力是变力时，也同样适用。(　　)(7)同一等势面上各点的电势和电场强度都相同。(　　)(8)等势面与电场线一定相互垂直。(　　)
『选一选』(2022·天津静海一中高二阶段测试)关于电势差的描述，正确的是(　　)A．电势差与电势一样，是相对量，与零电势点的选取有关B．电势差是标量，没有正值和负值之分C．由于静电力做功跟移动电荷的路径无关，所以电势差也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关D．A、B两点的电势差是恒定的，不随零电势点的改变而改变，所以UAB＝UBA
解析：在同一电场中，电势差与零电势点的选取无关，与移动电荷的路径也无关，只跟这两点的位置有关，A错误，C正确；电势差是标量，但有正、负值之分，且满足UAB＝－UBA，BD错误。故选C。
『想一想』图中是电荷及物体周围的电场线和等势面的分布图，我们会发现图中等势面都不相交。为什么等势面不相交呢？   解析：不同等势面电势不相等，若两等势面相交，则在交点处电势就有两个值，这与实际相矛盾，所以两等势面不相交。
观察图片，回答图中问题并思考：电势零点改变时，各点间的电势差是否改变？提示：若C点电势为零，A点电势为4 V，B点电势为2 V。比较可得，电势零点改变时，各点间的电势差不变。
1．关于电势差的四点说明(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。在确定的电场中，即使不放入电荷，任何两点间的电势差也有确定值。(2)讲到电势差时，必须明确所指的是哪两点的电势差。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。(4)电场中两点间的电势差与电势零点的选取无关。
2．电势差与电势的比较
　　　　　在电场中把一个电荷量为6×10－6 C的负电荷从A点移到B点，克服电场力做功3×10－5 J，再将电荷从B点移到C点，电场力做功1.2×10－5 J，求A与B、B与C、A与C间的电势差。
思路引导：解答本题应把握以下三点：(2)计算时代入WAB、q的正负号。(3)克服电场力做功即电场力做负功。
解析：电荷从A移到B时，克服电场力做功，表示电场力做负功，相当于在重力场中把物体举高，反抗重力做功，因此电场力做功WAB＝－3×10－5 J，电荷从B移到C，WBC＝1.2×10－5 J。根据电荷移动时电场力的功和电势差的关系得：
答案：5 V　－2 V　3 V
1．(多选)如图所示，平行线代表电场线，但未标明方向，一个带正电、电荷量为10－6 C的微粒在电场中仅受电场力作用，当它从A点运动到B点时动能增加了10－5 J，已知A点的电势为－10 V，则以下判断正确的是(　 　)A．微粒的运动轨迹如图中的虚线1所示B．微粒的运动轨迹如图中的虚线2所示C．B点电势为零D．B点电势为－20 V
电荷在匀强电场中移动时电场力为恒力，若电场力方向与位移方向成夹角θ时，电场力做功可用恒力功计算W＝Eq·lcs θ；若电场为非匀强电场时，从A点移至B点，如何计算电场力的功？提示：公式W＝Flcs α仅适用于静电力是恒力的情况，如果静电力是变力，常常选用动能定理或者WAB＝qUAB进行相关计算。
静电力做功与电势差的关系
1．静电力做功问题的解题方法
2．带电体只在静电力作用下的能量转化规律(1)从动能定理角度考虑，带电体动能的变化量等于静电力对它做的功。(2)从静电力做功与带电体的电势能变化的关系考虑，带电体的电势能的减少量等于静电力对它做的功。(3)从能量守恒角度考虑，带电体动能的增加量等于它的电势能的减少量。
　　　　　在电场中有A、B两点，它们的电势分别为φA＝－100 V，φB＝200 V，把电荷量q＝－3.0×10－7 C的电荷从A点移到B点，求静电力做的功。思路引导：(1)已知两点电势，及电荷量，求电场力做的功，可由电场力做功的公式，WAB＝qUAB求解。(2)两点间电势差UAB＝φA－φB，可求得。
解析：解法一：用WAB＝－ΔEp计算。电荷在A、B两点的电势能分别为EpA＝qφA＝(－3.0×10－7)×(－100) J＝3.0×10－5 J，EpB＝qφB＝(－3.0×10－7)×200 J＝－6.0×10－5 J。根据WAB＝－ΔEp，电荷从A→B的过程中静电力所做的功WAB＝－(EpB－EpA)＝9.0×10－5 J。解法二：用WAB＝qUAB计算。电荷从A→B的过程中，静电力做的功WAB＝qUAB＝q(φA－φB)＝(－3.0×10－7)×[(－100)－200] J＝9.0×10－5 J。答案：9.0×10－5 J
2．(2022·广西南宁三中高二开学考试)如果在某电场中将电荷量为5.0×10－4 C的正电荷，仅在电场力作用下由A点移到B点，静电场力做功为2.0×10－3 J，则(　　)A．电荷在B点的动能比在A点的动能小2.0×10－3 JB．电荷在B点的电势能比在A点的电势能小2.0×10－3 JC．A、B两点间电势差为－4 VD．若在A、B两点间移动一个q＝1.0×10－4 C负电荷，则静电力做功4.0×10－4 J
如图所示，是我们在地理上学到的等高线的表示方法，思考，类比到电场中，我们怎么用类似的方法表示电场中电势相等的各点呢？提示：等势面
1．等势面的特点(1)在等势面内任意两点间移动电荷，电场力不做功。(2)在空间中两等势面不相交。(3)电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。(4)在电场线密集的地方，等差等势面密集；在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏。(5)等势面是为描述电场的性质而假想的面。(6)等势面的分布与零电势点的选取无关。
2．几种常见的电场的等势面分布
(1)已知等势面的情况时，可作等势面的垂线来确定电场线，并由“电势降低”的方向确定电场线方向。(2)已知电场线时，可作电场线的垂线来确定等势面，并由“沿电场线方向电势降低”确定等势面的电势高低。
　　　　　(多选)(2022·北京市中关村中学高二上学期期中)一粒子从A点射入电场，从B点射出，电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示，图中左侧前三个等势面彼此平行，不计粒子的重力。下列说法正确的有(　 　)A．粒子带负电荷B．粒子的加速度先不变，后变小C．粒子的速度不断增大D．粒子的电势能先减小，后增大
思路引导：根据电场线与等势面垂直的特点，判断出电场线的大致方向是解决该类问题的关键。解析：根据电场线与等势面垂直并指向电势低的等势面，可大致画出电场线的形状，粒子在静电力的作用下轨迹向下弯曲，根据曲线运动的特点，可以说明静电力指向轨迹内侧，与电场强度方向相反，所以粒子带负电，选项A正确；等势面先是平行等距，后变得稀疏，则电场先是匀强电场，后是非匀强电场，即静电力先不变，后变小，粒子的加速度先不变，后变小，选项B正确；从A到B静电力做负功，所以粒子的速度减小，选项C错误；静电力始终做负功，由功能关系可知，粒子的电势能始终增大，所以选项D错误。
3．(2022·北京房山一模)一个带电粒子(不计重力)射入一点电荷的电场中，粒子运动的轨迹如图实线abc所示，图中虚线是同心圆弧，表示电场中的等势面，下列判断正确的是(　　)A．粒子在a点的电势能一定大于在b点的电势能B．粒子在b点的速率一定大于在a点的速率C．粒子在a点和c点的动能相等D．粒子在b点所受的电场力小于在a点所受的电场力
解析：从等势面形状可知，该电场为点电荷的电场，b点距离点电荷更近，因此粒子在b点所受的电场力大于在a点所受的电场力，D错误；粒子运动轨迹为曲线，受力的方向指向凹侧，因此该粒子受到向外的排斥力，从a到b的运动过程中，电场力做负功，电势能增加，动能减小，A、B错误；由于a、c处于同一等势面上，从a到c过程中，电场力做功为零，因此粒子在a点和c点的动能相等，C正确。
1．静电力做功的多种求解方法
2．应用公式WAB＝qUAB时的两点注意(1)公式WAB＝qUAB适用于任何电场，其中UAB为电场中A、B两点间的电势差，WAB仅是静电力做的功，不包括从A到B移动电荷时，其他力所做的功。(2)WAB、UAB、q均可正可负，WAB取负号表示从A点移动到B点时静电力对电荷做负功，UAB取负号表示φA＜φB，q取负号表示试探电荷为负电荷。
思路引导：因为Q是正点电荷，所以以Q为圆心的球面是一个等势面，这是一个重要的隐含条件。由A点到B点的过程中电场力是变力，所以不能直接用W＝Fl求解，只能考虑运用功能关系。
解析：(1)因为杆是光滑的，所以小球从A点滑到B点的过程中只有两个力做功：电场力做的功WE和重力做的功mgh，由动能定理得：
1．(多选)(2022·福建漳州一中高二上学期期中)如图所示为某静电场等势面的分布，电荷量为1.6×10－9 C的正电荷从A到B静电力做功W1，从B到C静电力做功W2，从C到D静电力做功W3，若从A直接到D静电力做功W4，则(　 　)A．W1＝3.2×10－8 JB．W2＝1.6×10－8 JC．W3＝3.2×10－8 JD．W4＝－4.8×10－8 J
解析：静电力做功与电荷运动的路径无关，只与电荷的起始位置和终止位置有关。从A到B，静电力对电荷做的功为W1＝qUAB＝q(φA－φB)＝1.6×10－9×(－40＋20) J＝－3.2×10－8 J，选项A错误；同理可得选项B、D正确，C错误。
2．(2022·北京人大附中高一下学期检测)如图虚线为某点电荷电场的等势面，有两个带电粒子(重力不计)，以相同的速率沿不同的方向，从A点飞入电场后，沿不同的径迹1和2运动，不计两个粒子之间的静电力，由轨迹可以判定(　　)A．两粒子带电荷量多少一定不同B．两粒子的电性可能相同C．两粒子的电势能都是先减少后增大D．经过B、C两点，两粒子的速率不可能相等
解析：由图无法判定两电荷在同一位置时所受电场力的大小，故无法判定两粒子带电荷量的大小关系，故A错误；由图可知沿轨迹1运动的电荷逐渐远离了中心电荷，受到中心电荷的斥力，而沿轨迹2运动的电荷受到中心电荷的引力，故两粒子的电性一定不同，故B错误；沿轨迹2运动的电荷在运动过程中电场力先做正功后做负功，电势能先减小后增大，沿而轨迹1运动的电荷在运动过程中电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，故C错误；A和B电势相等，带电粒子从A到B过程中末速度大小等于初速度大小，A和C电势不相等，带电粒子从A到C过程中末速度大小不等于初速度大小，而两粒子的初速度的大小相同，所以经过B、C两点，两粒子的速率不可能相等，故D正确。
3．在一条电场线上有A、B、C三点，把一个正电荷q＝3×10－6 C，从A点移到B点，电场力做功6×10－6 J，从B点移到C点克服电场力做功7.5×10－6J，在A、B、C三点中，电势最高和最低的点分别是(　　)A．B点和A点B．A点和C点C．B点和C点D．C点和B点
4．(2022·湖北省竹山县第二中学高二阶段练习)如图所示，在正点电荷Q的电场中有a、b两点，它们到点电荷Q的距离r1＜r2。求：(1)a、b两点哪点的电势高？
(2)将一负电荷放在a、b两点，哪点的电势能较大？(3)若a、b两点间的电势差为100 V，将q＝－2×1.6×10－19 C由a点移到b点是电场力对电荷做功还是电荷克服电场力做功？做功多少？答案：(1)a　(2)b　(3)克服电场力做功，做功为3.2×10－17 J