高中物理第十章 静电场中的能量2 电势差教课内容ppt课件

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一、电势差1．定义：在电场中，两点之间电势的____叫作电势差，电势差也叫作_____．2．公式：设电场中A点的电势为φA，B点的电势为φB，则它们之间的电势差可以表示为UAB＝φA－φB注意下标顺序，也可以表示为UBA＝________．所以UAB＝－UBA．初位置减去末位置　 3．电势差的正负：电势差可以是_____值，也可以是_____值．
二、等势面1．等势面：在电场中________的各点构成的面．2．电场线与等势面的关系：电场线跟等势面________，并且由电势________的等势面指向电势________的等势面．
【情境思考】如图所示为雷雨天一避雷针周围电场的等势面分布情况，在等势面中有A、B、C三点，其中A、B两点位置关于避雷针对称．判断以下问题．(1)C点的电场强度大于B点的电场强度．(　　)(2)正电荷在C点的电势能小于在B点的电势能．(　　)(3)负电荷从C点移动到A点，电场力做正功．(　　)
拓展 1　类比“高度差”学习 “电势差”把位置中两点间的高度差与电场中两点间的电势差进行比较，得到高度和电势都具有相对性，与参考点的选取有关，但高度差和电势差却保持不变(与参考点的选取无关)的结论． 
拓展3　等势面的应用实际中测量电势比测定场强容易，所以常用等势面研究电场，先测绘出等势面的形状和分布，再依据电场线与等势面处处垂直，绘出电场线分布，从而得到所研究电场的基本情况．
目标一　电势差的理解【导思】　对吊脚楼进行测量，如图所示．(1)如果测量起点改变，则吊脚楼上A点和B点的高度是否也相应改变？A、B两点的高度差h变化吗？(2)同理，在电场中，选择不同的位置作为零电势点，电场中同一点的电势怎样变化？电场中两点间电势的差值怎样变化？
选择不同的测量起点时，同一地方的高度往往不同，但两个地方的高度差不会因测量起点的不同而变化．
与此类似，在电场中零电势点的选取不同，某点的电势会不同，但两点间的电势差不会改变．电势差没有相对性，与零电势点位置无关．
【归纳】1．电势差的理解(1)电势差反映了电场的能的性质，决定于电场本身，与试探电荷无关．(2)电势差可以是正值也可以是负值，电势差的正负表示两点电势的高低；UAB＝－UBA，与零电势点的选取无关．(3)电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差．
2．电势和电势差的比较
【典例】例1. (多选)关于电势差UAB和电势φA、φB的理解，正确的是(　　)A．电势与电势差均是相对量，均与零电势点的选取有关B．UAB和UBA是不同的，它们存在关系：UAB＝－UBAC．φA、φB都有正、负，所以电势是矢量D．若φB＝0，则φA＝UAB
解析：电势差与零电势点的选取无关，A错误；UAB＝－UBA，B正确；电势虽有正、负之分，但电势是标量，C错误；由UAB＝φA－φB知，若φB＝0，则φA＝UAB，D正确．
[训练1]　如图所示，如果B板接地(取大地的电势为零)，则A板电势为8 V，M点电势为6 V，N点电势为2 V.(1)求M、N两点间的电势差；(2)若改为A板接地，则B、M、N三点的电势和M、N两点间的电势差分别是多大？
－8 V　－2 V　－6 V　4 V
析：(1)M、N两点间的电势差UMN＝φM－φN＝4 V.(2)若B板接地UAB＝8 V若A板接地，则根据UAB＝φA－φB得φB＝－UAB＝UBA＝－8 VM、N两点的电势φM＝UMA＝－2 V，φN＝UNA＝－6 V，UMN＝φM－φN＝4 V.
目标二　电场力做功和电势差的关系【归纳】1．静电力做功的四种求法
【典例】例2. 一个电荷量为10－6 C的负电荷从电场中A点移到B点，电场力要做功2×10－6 J，从C点移到D点，要克服电场力做功7×10－6 J．若已知C点比B点电势高3 V，且A、B、C、D四点在同一条电场线上，则下列图中可能正确的是(　　)
思维提升 静电场中功能关系问题的三种情况(1)合力做功等于物体动能的变化量，即W合＝ΔEk.这里的W合指合外力做的功．(2)电场力做功决定物体电势能的变化量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp.这与重力做功和重力势能变化之间的关系类似．(3)只有电场力做功时，带电体电势能与动能的总量不变，即Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2.这与只有重力做功时，物体的机械能守恒类似． 
[训练2]　 如图所示，真空中xOy坐标系平面内有以O为圆心的两个同心圆，分别与坐标轴交于a、b、c、d和e、f、g、h；在a、c两点固定两个正点电荷，b、d两点固定两个负点电荷，且四个点电荷所带电荷量相等．下列说法正确的是(　　)A．g、f两点的电场强度相同B．e、h两点的电场强度相同C．将质子从O移到f电场力做负功D．将电子从O移到e电场力做正功
解析：根据电场叠加原理可知，两个等量正电荷在f点的合场强方向沿y轴负方向，两个等量负电荷在f点合场强沿y轴负方向，所以合场强方向沿y轴负方向，同理可得在g点合场强方向沿y轴正方向，因此场强方向相反，A错误；根据电场叠加原理可知，e、h两点的电场强度大小相同，方向相反，B错误；因为φO>φf，UOf＝φO－φf>0，将质子从O移到f电场力做功WOf＝eUOf>0，将质子从O移到f电场力做正功，C错误；因为φOφC，质子带正电，故质子由A点移到C点，其电势能减少，D项错误．
例5. 点电荷Q1、Q2产生的静电场的等势面与纸面的交线如图中实线所示，图中标在等势面上的数值分别表示该等势面的电势．a、b、c、d、e、f等表示等势面上的点，下列说法正确的有(　　)A．位于d点的点电荷不受静电力作用B．a点的电场强度与b点的电场强度大小一定相等C．把电荷量为q的正电荷先从b点移到d点，再从d点移到f点，静电力做的总功为零D．把单位正电荷从e点移到c点过程中，静电力做的功等于2 kJ
解析：位于d点的位置电场线的方向垂直于等势面向左，电场强度不为零，所以点电荷受静电力作用，故A错误；a点处的等差等势面比b点处的等差等势面密，所以a点处的电场强度大，故B错误；从题图中可以看到b点的电势低于d点，d点的电势又低于f点的电势，所以把电荷量为q的正电荷先从b点移到d点，再从d点移到f点，静电力做负功，故C错误；从题图中可以看到Uec＝φe－φc＝[1－(－1)] kV＝2 kV，所以把单位正电荷从e点移到c点过程中，静电力做的功等于2 kJ，故D正确．
思维提升(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．
[训练4]　小强在学习了《静电场及其应用》一章后，来到实验室研究如图所示的电场，实线和虚线分别表示该电场的电场线和等势线．若a、b两点所处的等势线电势为0，相邻等势线间的电势差为2 V，则下列说法正确的是(　　)A．a点电场强度等于b点电场强度B．c、b两点间的电势差大于c、a两点间的电势差C．电子在c点具有的电势能为20 eVD．若将一电子在d点由静止释放，则只在电场力作用下运动至c点对应等势线时，具有的动能为2 eV
解析：a点电场线较b点密集，a点电场强度大于b点电场强度，故A错误；a、b两点在同一等势面上，c、b两点间的电势差等于c、a两点间的电势差，故B错误；电子在c点具有的电势能为－20 eV，故C错误；电子在d点由静止释放，运动至c点对应等势线时，电场力做功2 eV，电子的电势能减少2 eV，动能增加2 eV，故D正确．
[训练5]　一对等量正点电荷产生的电场的电场线(实线)和等势面(虚线)如图所示，图中A、B两点电场强度分别是EA、EB，电势分别是φA、φB，负电荷q在A、B两点时的电势能分别是EpA、EpB.下列判断正确的是(　　) A．EA>EB，φA>φB，EpAEB，φAφB；负电荷在A、B处的电势能EpAφB>φC B．φAφB D．φC>φB>φA
解析：UAB＝75 V，φA－φB＝75 V，φA＝φB＋75 V；UBC＝－200 V，φB－φC＝－200 V，φC＝φB＋200 V，故φC>φA>φB，故选C.
4．2022年2月，中国科学家通过冷冻电镜捕捉到新冠病毒表面S蛋白与人体细胞表面ACE2蛋白的结合过程，首次揭开了新冠病毒入侵人体的神秘面纱．如图所示为双透镜电子显微镜内电场中等势面的分布图．虚线为等势面，实线为电子枪射出的电子仅在静电力作用下的轨迹，a、b、c、d为轨迹上四点，下列说法正确的是(　　)A．电子从a到d一直做加速运动B．电子从a到b和从c到d电场力做功相同C．电子在a点和在d点速度相同D．电子从b到c电势能先减小后增大
解析：根据题意电子从a到b时，电势能减小，电场力做正功，从c到d时，电势能增大，电场力做负功，所以电子从a到d电势能先减小后增大．由动能与电势能总和守恒，可得动能先增大后减小，即速度先增大后减小，A、B错误．运动轨迹某点的切线方向表示速度方向，根据图像可得电子在a点和在d点速度方向不同，C错误．电场力方向与等势线垂直，同时根据图中电子的运动轨迹可知在b点时，电场力做正功，在c点时电场力做负功，可得电子从b到c电势能先减小后增大，D正确．
5．如图为两点电荷Q、Q′位于x轴上，相邻等势面的电势差为3 V．若x轴上的M点和N点位于0 V等势面上，P为等势面上一点，则以下说法不正确的是(　　)A．N点的电场强度比M点的大B．Q与Q′均为正电荷C．M点与N点的电场方向相反D．将一电子从P点移至M点，电子克服静电力做功12 eV