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高中物理人教版 (新课标)选修35 电势差课前预习ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修35 电势差课前预习ppt课件，共49页。PPT课件主要包含了电势差，φA-φB，φB-φA，qUAB等内容，欢迎下载使用。
1.电势差:(1)定义:电场中两点间电势的差值叫作_______,也叫_____。它与电势零点的选取无关。(2)表示:电场中A点的电势记为φA,B点的电势记为φB,则A、B间的电势差表示成UAB=_______或UBA=_______。
(3)矢标性:电势差是标量,可以是正值,也可以是负值。当A点电势比B点电势高时,UAB为_____;当A点电势比B点电势低时,UAB为_____。(4)单位:国际单位是_____,符号为__。
2.电势差与电场力做功的关系:(1)电荷q在电场中从A点移到B点,A、B两点间的电势差为UAB,则静电力做的功WAB=____,该公式对任何电场都成立,则UAB=_____。(2)电荷在电场中移动时,电场力做的功与两点间的_______有关,与电荷在电场中移动的路径无关。
主题一 电势差【问题探究】 如图所示,同一条电场线上的A、B、O三点电势值分别为4 V、1 V、0 V。
试结合上述情境,讨论下列问题:(1)A、B两点间的电势差UAB和B、A两点间的电势差UBA分别为多少?二者有什么关系?提示:UAB=φA-φB=3 VUBA=φB-φA=-3 VUAB=-UBA
(2)如果取φA=0,则B、O两点的电势为多少?UAB为多少?UBA为多少?二者有何关系?提示:φB=-3 V,φO=-4 VUAB=φA-φB=3 VUBA=φB-φA=-3 V同样有UAB=-UBA
(3)由上面的讨论,你能得到什么结论?提示:①电势具有相对性,与零电势点的选取有关,而电势差是绝对的,与零电势点的选取无关。②电场中两点之间的电势差UAB=-UBA。
【探究总结】电势、电势差的关系与高度、高度差的关系对比
【拓展延伸】(1)电场中两点的电势差,由电场本身的初、末位置决定。在确定的电场中,即使不放入电荷,任何两点间的电势差都有确定的值。(2)学到电势差时,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,而B、A间的电势差记为UBA,且UAB=-UBA。
【典例示范】(多选)下列说法正确的是( )A.电势差与电势一样,是相对量,与零电势点的选取有关B.电势差是一个标量,但是有正值和负值之分C.由于电场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,不随零电势点的不同而改变,所以UAB=UBA
【解题指南】解答本题把握以下三点:(1)电势差与零电势点的选取无关,是绝对量。(2)电势差由电场和这两点间的位置决定。(3)电势差是标量,正负反映了两点间电势的高低。
【解析】选B、C。电势具有相对性、与零电势点的选择有关,而电势差是标量,有正、负之分,但大小与零电势点的选取无关,故A错误、B正确;由于UAB=φA-φB, UBA=φB-φA,故UAB=-UBA,故D错误;电势差为电场中两点电势之差,与移动电荷的路径无关,故C正确。
【探究训练】 如图所示,如果B板接地(取大地的电势为零,则与大地相连的导体的电势也为零),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两点间的电势差是多少伏?(2)如果改为A板接地,问:B点的电势是多大?M、N两点的电势各是多大? M、N两点间的电势差是多少伏?
【解题指南】解答本题需要把握以下三点:(1)电势差的求法。(2)电势的求法。(3)电势差的值与零电势点的选取无关。
【解析】(1)M、N两点间的电势差UMN=φM-φN=4 V。(2)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答案:(1)4 V (2)-8 V -2 V -6 V 4 V
【补偿训练】1.静电场中,带电粒子在电场力作用下从电势为φa的a点运动至电势为φb的b点。若带电粒子在a、b两点的速率分别为va、vb,不计重力,则带电粒子的比荷 为( )
【解析】选C。带电粒子从a到b,电场力做的功W= =q(φa-φb),由动能定理得q(φa-φb)= 故 C正确。
2.（多选）如图所示,实线为电场线,虚线为等势线,且AB=BC,电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC,电势分别为φA、φB、φC,AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC,则下列关系中正确的有( )A.φA>φB>φC B.EC>EB>EAC.UAB
提示:电荷q从电场中A点移到B点,由静电力做功与电势能变化的关系可得:WAB=EpA-EpB;由电势能与电势的关系φ= 可得:EpA=qφA,EpB=qφB;所以WAB=q(φA-φB),即WAB=qUAB或UAB= 。
(2)UAB与WAB的关系只适用于匀强电场吗?提示:WAB=qUAB或UAB= 对任何电场都适用。
【探究总结】电势差与电场力做功的关系理解(1)公式UAB= 中,WAB为q从初位置A移到末位置B时电场力做的功,做正功代入正值,做负功代入负值。q为电荷所带电荷量,正电荷取正值,负电荷取负值。
(2)电场中两点的电势差,由电场中两点位置决定,与在这两点间移动电荷的电荷量、电场力做功的大小无关。在确定的电场中,即使不放入电荷,任何两点间的电势差都有确定的值,不能认为UAB与WAB成正比,与q成反比,但是可以利用WAB、q来测量A、B两点间的电势差。
(3)由比值定义式UAB= 可以看出,UAB在数值上等于单位正电荷由A点移到B点时电场力所做的功,若电场力对单位正电荷做正功,UAB为正值,若电场力对单位正电荷做负功,则UAB为负值。
【拓展延伸】含电场力做功的功能关系(1)只有静电力做功:只发生电势能和动能之间的相互转化,电势能和动能之和保持不变,它们之间的大小关系为W电=-ΔE电=ΔEk。(2)只有静电力和重力做功:只发生电势能、重力势能和动能之间的相互转化,电势能、重力势能、动能三者之和保持不变,功和能的大小关系为W电+WG=-(ΔE电+ΔEp)=ΔEk。
(3)多个力做功:多种形式的能量参与转化,要根据不同力做功和不同形式的能转化的对应关系分析,总功等于动能的变化,其关系为W电+W其他=ΔEk。
【典例示范】 有一个带电荷量q=-3×10-6 C的点电荷,从某电场中的A点移到B点,电荷克服电场力做6×10-4 J的功,从B点移到C点,电场力对电荷做9×10-4 J的功,问:(1)AB、BC、CA间的电势差各为多少?(2)若以B点电势为零,则A、C两点的电势各为多少?电荷在A、C两点的电势能各为多少?
【解题指南】解答本题时把握以下两点:(1)可根据UAB= 计算两点间的电势差。(2)可根据Ep=qφ计算电荷在某点的电势能。
【解析】(1)方法一:|UAB|= V=200 V因负电荷从A移到B克服电场力做功,必是从高电势点移向低电势点,即φA>φB,UAB=200 V。|UBC|= V=300 V因负电荷从B移到C电场力做正功,必是从低电势点移向高电势点,即φC>φB,UBC=-300 VUCA=UCB-UAB=-UBC-UAB=300 V-200 V=100 V。
方法二:电荷从A移到B克服电场力做功即电场力做负功,WAB=-6×10-4 J,UAB= V=200 VUBC= V=-300 VUCA=UCB+UBA=-UBC+(-UAB)=300 V-200 V=100 V
(2)若φB=0,由UAB=φA-φB得:φA=UAB=200 V,由UBC=φB-φC,得φC=φB-UBC=0-(-300 V)=300 V。电荷在A点的电势能EpA=qφA=-3×10-6×200 J=-6×10-4 J电荷在C点的电势能EpC=qφC=-3×10-6×300 J=-9×10-4 J。
答案:(1)200 V -300 V 100 V(2)200 V 300 V -6×10-4 J -9×10-4 J
【探究训练】如图所示,点a、点b是静电场中某条电场线上的两点,将一个电子由点a移到点b时电场力做功为+6 eV,则以下判断正确的是( )A.电子的电势能减少6 eVB.电子的电势能增加6 eVC.a点电势高于b点电势D.电场强度的方向一定由a沿直线指向b
【解析】选A。由于电场力对电子做功6 eV,电子的电势能就减少了6 eV,故A正确,B错误;电子由点a移到点b时电场力做正功,则电场线的方向由b指向a,因沿着电场线的方向电势降低,所以a点电势低于b点电势,故C错误;电子由a点移到b点,电场力做功6 eV,电子受到的电场力的方向就是a到b,电场强度的方向与电子受电场力的方向相反,即由b指向a,故D错误。
【补偿训练】1.电场中有A、B两点,一个点电荷在A点的电势能为1.2×10-8 J,在B点的电势能为0.80×10-8 J。已知A、B两点在同一条电场线上,如图所示,该点电荷的电荷量为1.0×10-9 C,那么( )
A.该电荷为负电荷B.该电荷为正电荷C.A、B两点的电势差UAB=4.0 VD.把电荷从A移到B,电场力做功为W=4.0 J
【解析】选A。A点的电势能大于B点的电势能,从A到B电场力做正功,所以该电荷一定为负电荷,且WAB=EpA-EpB=1.2×10-8 J-0.80×10-8 J=0.40×10-8 J,故A项正确而D项错误;UAB= V=-4.0 V,所以C选项错误。
2.电场中有a、b两点,a点电势为2 V,带电量为2×10-8 C的负离子仅在电场力作用下从a运动到b的过程中,电场力做正功4×10-8 J,则( )A.b点电势是2 VB.a、b两点中,b点电势较高C.此电荷的电势能增加D.该电荷速度可能减小
【解析】选B。负离子仅在电场力作用下从a运动到b,电场力做正功,电荷的电势减小,动能增大,因而速度增大,C、D错误;由Uab= V=-2 V。又Uab=φa-φb,故φb=φa-Uab=4 V,b点电势较高,A错误,B正确。
3.如图所示,电场中A、B两点电势差为30 V,一个电荷量为5×10-8 C的正点电荷由A运动到B,电场力对点电荷做了多少功?B、C两点间的电势差大小为15 V,该点电荷从B运动到C,电场力对点电荷做了多少功?
【解析】方法一:根据电场力做功与电势差的关系得:WAB=qUAB=5×10-8×30 J=1.5×10-6 J。WBC=qUBC=5×10-8×(-15) J=-7.5×10-7 J。方法二:正点电荷从A运动到B时,是顺着电场线方向移动的,所以电场力做正功,其大小W1=qU1=1.5×10-6J。正点电荷从B运动到C时,是逆着电场线方向移动的,所以电场力做负功,其大小W2=qU2=7.5×10-7 J。答案:1.5×10-6 J -7.5×10-7 J
1.电势差:(1)定义:电场中两点间电势的差值叫作_______,也叫_____。它与电势零点的选取无关。(2)表示:电场中A点的电势记为φA,B点的电势记为φB,则A、B间的电势差表示成UAB=_______或UBA=_______。
(3)矢标性:电势差是标量,可以是正值,也可以是负值。当A点电势比B点电势高时,UAB为_____;当A点电势比B点电势低时,UAB为_____。(4)单位:国际单位是_____,符号为__。
2.电势差与电场力做功的关系:(1)电荷q在电场中从A点移到B点,A、B两点间的电势差为UAB,则静电力做的功WAB=____,该公式对任何电场都成立,则UAB=_____。(2)电荷在电场中移动时,电场力做的功与两点间的_______有关,与电荷在电场中移动的路径无关。
主题一 电势差【问题探究】 如图所示,同一条电场线上的A、B、O三点电势值分别为4 V、1 V、0 V。
试结合上述情境,讨论下列问题:(1)A、B两点间的电势差UAB和B、A两点间的电势差UBA分别为多少?二者有什么关系?提示:UAB=φA-φB=3 VUBA=φB-φA=-3 VUAB=-UBA
(2)如果取φA=0,则B、O两点的电势为多少?UAB为多少?UBA为多少?二者有何关系?提示:φB=-3 V,φO=-4 VUAB=φA-φB=3 VUBA=φB-φA=-3 V同样有UAB=-UBA
(3)由上面的讨论,你能得到什么结论?提示:①电势具有相对性,与零电势点的选取有关,而电势差是绝对的,与零电势点的选取无关。②电场中两点之间的电势差UAB=-UBA。
【探究总结】电势、电势差的关系与高度、高度差的关系对比
【拓展延伸】(1)电场中两点的电势差,由电场本身的初、末位置决定。在确定的电场中,即使不放入电荷,任何两点间的电势差都有确定的值。(2)学到电势差时,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,而B、A间的电势差记为UBA,且UAB=-UBA。
【典例示范】(多选)下列说法正确的是( )A.电势差与电势一样,是相对量,与零电势点的选取有关B.电势差是一个标量,但是有正值和负值之分C.由于电场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,不随零电势点的不同而改变,所以UAB=UBA
【解题指南】解答本题把握以下三点:(1)电势差与零电势点的选取无关,是绝对量。(2)电势差由电场和这两点间的位置决定。(3)电势差是标量,正负反映了两点间电势的高低。
【解析】选B、C。电势具有相对性、与零电势点的选择有关,而电势差是标量,有正、负之分,但大小与零电势点的选取无关,故A错误、B正确;由于UAB=φA-φB, UBA=φB-φA,故UAB=-UBA,故D错误;电势差为电场中两点电势之差,与移动电荷的路径无关,故C正确。
【探究训练】 如图所示,如果B板接地(取大地的电势为零,则与大地相连的导体的电势也为零),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两点间的电势差是多少伏?(2)如果改为A板接地,问:B点的电势是多大?M、N两点的电势各是多大? M、N两点间的电势差是多少伏?
【解题指南】解答本题需要把握以下三点:(1)电势差的求法。(2)电势的求法。(3)电势差的值与零电势点的选取无关。
【解析】(1)M、N两点间的电势差UMN=φM-φN=4 V。(2)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答案:(1)4 V (2)-8 V -2 V -6 V 4 V
【补偿训练】1.静电场中,带电粒子在电场力作用下从电势为φa的a点运动至电势为φb的b点。若带电粒子在a、b两点的速率分别为va、vb,不计重力,则带电粒子的比荷 为( )
【解析】选C。带电粒子从a到b,电场力做的功W= =q(φa-φb),由动能定理得q(φa-φb)= 故 C正确。
2.（多选）如图所示,实线为电场线,虚线为等势线,且AB=BC,电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC,电势分别为φA、φB、φC,AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC,则下列关系中正确的有( )A.φA>φB>φC B.EC>EB>EAC.UAB
提示:电荷q从电场中A点移到B点,由静电力做功与电势能变化的关系可得:WAB=EpA-EpB;由电势能与电势的关系φ= 可得:EpA=qφA,EpB=qφB;所以WAB=q(φA-φB),即WAB=qUAB或UAB= 。
(2)UAB与WAB的关系只适用于匀强电场吗?提示:WAB=qUAB或UAB= 对任何电场都适用。
【探究总结】电势差与电场力做功的关系理解(1)公式UAB= 中,WAB为q从初位置A移到末位置B时电场力做的功,做正功代入正值,做负功代入负值。q为电荷所带电荷量,正电荷取正值,负电荷取负值。
(2)电场中两点的电势差,由电场中两点位置决定,与在这两点间移动电荷的电荷量、电场力做功的大小无关。在确定的电场中,即使不放入电荷,任何两点间的电势差都有确定的值,不能认为UAB与WAB成正比,与q成反比,但是可以利用WAB、q来测量A、B两点间的电势差。
(3)由比值定义式UAB= 可以看出,UAB在数值上等于单位正电荷由A点移到B点时电场力所做的功,若电场力对单位正电荷做正功,UAB为正值,若电场力对单位正电荷做负功,则UAB为负值。
【拓展延伸】含电场力做功的功能关系(1)只有静电力做功:只发生电势能和动能之间的相互转化,电势能和动能之和保持不变,它们之间的大小关系为W电=-ΔE电=ΔEk。(2)只有静电力和重力做功:只发生电势能、重力势能和动能之间的相互转化,电势能、重力势能、动能三者之和保持不变,功和能的大小关系为W电+WG=-(ΔE电+ΔEp)=ΔEk。
(3)多个力做功:多种形式的能量参与转化,要根据不同力做功和不同形式的能转化的对应关系分析,总功等于动能的变化,其关系为W电+W其他=ΔEk。
【典例示范】 有一个带电荷量q=-3×10-6 C的点电荷,从某电场中的A点移到B点,电荷克服电场力做6×10-4 J的功,从B点移到C点,电场力对电荷做9×10-4 J的功,问:(1)AB、BC、CA间的电势差各为多少?(2)若以B点电势为零,则A、C两点的电势各为多少?电荷在A、C两点的电势能各为多少?
【解题指南】解答本题时把握以下两点:(1)可根据UAB= 计算两点间的电势差。(2)可根据Ep=qφ计算电荷在某点的电势能。
【解析】(1)方法一:|UAB|= V=200 V因负电荷从A移到B克服电场力做功,必是从高电势点移向低电势点,即φA>φB,UAB=200 V。|UBC|= V=300 V因负电荷从B移到C电场力做正功,必是从低电势点移向高电势点,即φC>φB,UBC=-300 VUCA=UCB-UAB=-UBC-UAB=300 V-200 V=100 V。
方法二:电荷从A移到B克服电场力做功即电场力做负功,WAB=-6×10-4 J,UAB= V=200 VUBC= V=-300 VUCA=UCB+UBA=-UBC+(-UAB)=300 V-200 V=100 V
(2)若φB=0,由UAB=φA-φB得:φA=UAB=200 V,由UBC=φB-φC,得φC=φB-UBC=0-(-300 V)=300 V。电荷在A点的电势能EpA=qφA=-3×10-6×200 J=-6×10-4 J电荷在C点的电势能EpC=qφC=-3×10-6×300 J=-9×10-4 J。
答案:(1)200 V -300 V 100 V(2)200 V 300 V -6×10-4 J -9×10-4 J
【探究训练】如图所示,点a、点b是静电场中某条电场线上的两点,将一个电子由点a移到点b时电场力做功为+6 eV,则以下判断正确的是( )A.电子的电势能减少6 eVB.电子的电势能增加6 eVC.a点电势高于b点电势D.电场强度的方向一定由a沿直线指向b
【解析】选A。由于电场力对电子做功6 eV,电子的电势能就减少了6 eV,故A正确,B错误;电子由点a移到点b时电场力做正功,则电场线的方向由b指向a,因沿着电场线的方向电势降低,所以a点电势低于b点电势,故C错误;电子由a点移到b点,电场力做功6 eV,电子受到的电场力的方向就是a到b,电场强度的方向与电子受电场力的方向相反,即由b指向a,故D错误。
【补偿训练】1.电场中有A、B两点,一个点电荷在A点的电势能为1.2×10-8 J,在B点的电势能为0.80×10-8 J。已知A、B两点在同一条电场线上,如图所示,该点电荷的电荷量为1.0×10-9 C,那么( )
A.该电荷为负电荷B.该电荷为正电荷C.A、B两点的电势差UAB=4.0 VD.把电荷从A移到B,电场力做功为W=4.0 J
【解析】选A。A点的电势能大于B点的电势能,从A到B电场力做正功,所以该电荷一定为负电荷,且WAB=EpA-EpB=1.2×10-8 J-0.80×10-8 J=0.40×10-8 J,故A项正确而D项错误;UAB= V=-4.0 V,所以C选项错误。
2.电场中有a、b两点,a点电势为2 V,带电量为2×10-8 C的负离子仅在电场力作用下从a运动到b的过程中,电场力做正功4×10-8 J,则( )A.b点电势是2 VB.a、b两点中,b点电势较高C.此电荷的电势能增加D.该电荷速度可能减小
【解析】选B。负离子仅在电场力作用下从a运动到b,电场力做正功,电荷的电势减小,动能增大,因而速度增大,C、D错误;由Uab= V=-2 V。又Uab=φa-φb,故φb=φa-Uab=4 V,b点电势较高,A错误,B正确。
3.如图所示,电场中A、B两点电势差为30 V,一个电荷量为5×10-8 C的正点电荷由A运动到B,电场力对点电荷做了多少功?B、C两点间的电势差大小为15 V,该点电荷从B运动到C,电场力对点电荷做了多少功?
【解析】方法一:根据电场力做功与电势差的关系得:WAB=qUAB=5×10-8×30 J=1.5×10-6 J。WBC=qUBC=5×10-8×(-15) J=-7.5×10-7 J。方法二:正点电荷从A运动到B时,是顺着电场线方向移动的,所以电场力做正功,其大小W1=qU1=1.5×10-6J。正点电荷从B运动到C时,是逆着电场线方向移动的,所以电场力做负功,其大小W2=qU2=7.5×10-7 J。答案:1.5×10-6 J -7.5×10-7 J
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