2018-2019學(xué)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(yù)習(xí)】 1.電勢差： (1)定義：電場中兩點(diǎn)間電勢的差值叫作_______，也 叫_____。它與電勢零點(diǎn)的選取無關(guān)。 (2)表示：電場中A點(diǎn)的電勢記為φA，B點(diǎn)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(biāo)性：電勢差是標(biāo)量，可以是正值，也可以是 負(fù)值。當(dāng)A點(diǎn)電勢比B點(diǎn)電勢高時(shí)，UAB為_____；當(dāng)A點(diǎn) 電勢比B點(diǎn)電勢低時(shí)，UAB為_____。 (4)單位：國際單位是_____，符號(hào)為__。,正值,負(fù)值,伏特,V,,2.電勢差與電場力做功的關(guān)系： (1)電荷q在電場中從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)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(dòng)時(shí)，電場力做的功與兩點(diǎn)間的 _______有關(guān)，與電荷在電場中移動(dòng)的路徑無關(guān)。,qUAB,,電勢差,,【預(yù)習(xí)小測】 1.(多選)對于電場中任意兩點(diǎn)間的電勢差，下列說法中正確的是( ) A.電勢差越大，在這兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做的功越多 B.兩點(diǎn)間的電勢差，數(shù)值上等于在這兩點(diǎn)間移動(dòng)單位正電荷時(shí)靜電力做的功,,C.兩點(diǎn)間的電勢差與在這兩點(diǎn)間移動(dòng)的電荷有關(guān) D.兩點(diǎn)間的電勢差與在這兩點(diǎn)間移動(dòng)的電荷無關(guān),,【解析】選B、D。由WAB=qUAB可知，靜電力做功與電荷 量、電勢差兩個(gè)因素有關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。由UAB= 可知，當(dāng)電荷量為單位正電荷時(shí)，電勢差的數(shù)值等于 靜電力做的功，選項(xiàng)B正確。電勢差由電場本身決定， 與在兩點(diǎn)間移動(dòng)的電荷無關(guān)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。,,2.如圖所示，在-Q形成的電場中，有a、b、c三點(diǎn)，它們到點(diǎn)電荷的距離為rarbrc，且Uab=Ubc。則( ) A.a點(diǎn)電勢高于c點(diǎn)電勢 B.a點(diǎn)場強(qiáng)比c點(diǎn)場強(qiáng)大 C.同一負(fù)電荷放在c點(diǎn)比放在a 點(diǎn)的電勢能大 D.同一負(fù)電荷由a點(diǎn)移到b點(diǎn)， 比由b點(diǎn)移到c點(diǎn)電場力做功多,,【解析】選B。由孤立負(fù)點(diǎn)電荷電場線和等勢面的分布知A錯(cuò)誤、B正確；因φcφa，同一負(fù)電荷在電勢低處電勢能大，故C錯(cuò)誤；因Uab=Ubc，據(jù)W=qU知Wab=Wbc，D錯(cuò)誤。,主題一 電勢差 【互動(dòng)探究】 如圖所示，同一條電場線上的A、B、O三點(diǎn)電勢值分別為4 V、1 V、0 V。,,試結(jié)合上述情境，討論下列問題： (1)A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB和B、A兩點(diǎn)間的電勢差UBA分別為多少？二者有什么關(guān)系？,,提示：UAB=φA-φB=3V UBA=φB-φA=-3V UAB=-UBA,,(2)如果取φA=0，則B、O兩點(diǎn)的電勢為多少？UAB為多少？UBA為多少？二者有何關(guān)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(jié)論？ 提示：①電勢具有相對性，與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān)，而電勢差是絕對的，與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)。 ②電場中兩點(diǎn)之間的電勢差UAB=-UBA。,【探究總結(jié)】 電勢與電勢差的比較,,【拓展延伸】(1)電場中兩點(diǎn)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(diǎn)間的電勢差都有確定的值。 (2)學(xué)到電勢差時(shí)，必須明確所指的是哪兩點(diǎn)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(diǎn)的選取 有關(guān) B.電勢差是一個(gè)標(biāo)量，但是有正值和負(fù)值之分 C.由于電場力做功跟移動(dòng)電荷的路徑無關(guān)，所以電勢差也跟移動(dòng)電荷的路徑無關(guān)，只跟這兩點(diǎn)的位置有關(guān),,D.A、B兩點(diǎn)的電勢差是恒定的，不隨零電勢點(diǎn)的不同而改變，所以UAB=UBA,,【解題指南】解答本題把握以下三點(diǎn)： (1)電勢差與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)，是絕對量。 (2)電勢差由電場和這兩點(diǎn)間的位置決定。 (3)電勢差是標(biāo)量，正負(fù)反映了兩點(diǎn)間電勢的高低。,,【解析】選B、C。電勢具有相對性、與零電勢點(diǎn)的選擇有關(guān)，而電勢差是標(biāo)量，有正、負(fù)之分，但大小與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)，故A錯(cuò)誤、B正確；由于UAB=φA-φB，UBA=φB-φA，故UAB=-UBA，故D錯(cuò)誤；電勢差為電場中兩點(diǎn)電勢之差，與移動(dòng)電荷的路徑無關(guān)，故C正確。,,【探究訓(xùn)練】 1.(多選)下列關(guān)于電場的描述，正確的是( ) A.電場中某點(diǎn)電勢的大小、正負(fù)與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān) B.電場中某兩點(diǎn)間的電勢差與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān) C.同一點(diǎn)電荷處于電場中的不同位置時(shí)，具有的電勢能越大，說明那一點(diǎn)的電勢越高,,D.同一點(diǎn)電荷在電場中任意兩點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)，只要靜電力做的功相同，那么兩點(diǎn)間的電勢差一定相同,,【解析】選A、D。電場中某兩點(diǎn)間的電勢差與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)；對負(fù)電荷而言，它在電場中具有的電勢能越大，說明該點(diǎn)的電勢越低，故B、C錯(cuò)，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(dǎo)體的電勢也為零)，則A板電勢為8V，M點(diǎn)電勢為6V，N點(diǎn)電勢為2V。,,(1)求M、N兩點(diǎn)間的電勢差是多少伏？ (2)如果改為A板接地，問：B點(diǎn)的電勢是多大？M、N兩點(diǎn)的電勢各是多大？M、N兩點(diǎn)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(diǎn)： (1)電勢差的求法。 (2)電勢的求法。 (3)電勢差的值與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)。,,【解析】(1)M、N兩點(diǎn)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(diǎn)的電勢 φM=UMA=-2V，φN=UNA=-6V，UMN=φM-φN=4V 答案：(1)4V (2)-8V -2V -6V 4V,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.在某電場中，A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB=60V，B、C兩點(diǎn)間的電勢差UBC=-50V，則A、B、C三點(diǎn)電勢高低關(guān)系是( ) A.φAφBφC B.φAφCφB D.φCφBφA,,【解析】選C。因?yàn)閁AB=φA-φB=60V0，所以φAφB，又UBC=φB-φC=-50V0，所以φAφC，故φAφCφB。正確選項(xiàng)為C。,,2.(2018臺(tái)州高二檢測)如圖所示，正點(diǎn)電荷電場中有A、B兩點(diǎn)，將一電荷量q=+3.210-19C的檢驗(yàn)電荷從電場中的A點(diǎn)移至B點(diǎn)，電場力做功W=+6.410-20J，則A、B兩點(diǎn)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(diǎn)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(guān)系 【互動(dòng)探究】 在某電場中將電荷q從A點(diǎn)移至B點(diǎn)，電場力做功為WAB，A、B兩點(diǎn)間電勢差為UAB。 試結(jié)合上述情境，討論下列問題：,(1)UAB與WAB有什么關(guān)系？ 提示：電荷q從電場中A點(diǎn)移到B點(diǎn)，由靜電力做功與電 勢能變化的關(guān)系可得：WAB=EpA-EpB；由電勢能與電勢的 關(guān)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(guān)系只適用于勻強(qiáng)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(diǎn)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(zhì)，UAB僅由電荷移動(dòng)的兩位置A、B決定，與所經(jīng)路徑、WAB、q均無關(guān)，但可由UAB= 計(jì)算UAB，而WAB卻由q、UAB決定。,【探究總結(jié)】 電勢差與電場力做功的關(guān)系理解 (1)公式UAB= 中，WAB為q從初位置A移到末位置B時(shí)電場力做的功，做正功代入正值，做負(fù)功代入負(fù)值。q為電荷所帶電荷量，正電荷取正值，負(fù)電荷取負(fù)值。,,(2)電場中兩點(diǎn)的電勢差，由電場中兩點(diǎn)位置決定，與在這兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷的電荷量、電場力做功的大小無關(guān)。在確定的電場中，即使不放入電荷，任何兩點(diǎn)間的電勢差都有確定的值，不能認(rèn)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(diǎn)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(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)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(fù)功，則UAB為負(fù)值。,,(4)涉及電勢差時(shí)，必須明確所指的是哪兩點(diǎn)(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(gè)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(guān)系為WAB=-WBA， 所以UAB=-UBA。,,【拓展延伸】含電場力做功的功能關(guān)系 (1)只有靜電力做功：只發(fā)生電勢能和動(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)化，電勢能和動(dòng)能之和保持不變，它們之間的大小關(guān)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(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)化，電勢能、重力勢能、動(dòng)能三者之和保持不變，功和能的大小關(guān)系為W電+WG=-(ΔE電+ΔEp)=ΔEk。 (3)多個(gè)力做功：多種形式的能量參與轉(zhuǎn)化，要根據(jù)不同力做功和不同形式的能轉(zhuǎn)化的對應(yīng)關(guān)系分析，總功等于動(dòng)能的變化，其關(guān)系為W電+W其他=ΔEk。,,【典例示范】 有一個(gè)帶電荷量q=-310-6C的點(diǎn)電荷，從某電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電荷克服電場力做610-4J的功，從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，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(diǎn)電勢為零，則A、C兩點(diǎn)的電勢各為多少？電荷在A、C兩點(diǎn)的電勢能各為多少？,,【解題指南】解答本題時(shí)把握以下兩點(diǎn)： (1)可根據(jù)UAB= 計(jì)算兩點(diǎn)間的電勢差。 (2)可根據(jù)Ep=qφ計(jì)算電荷在某點(diǎn)的電勢能。,,【解析】(1)方法一：|UAB|= =200V 因負(fù)電荷從A移到B克服電場力做功，必是從高電勢點(diǎn) 移向低電勢點(diǎn)， 即φAφB，UAB=200V。 |UBC|= =300V 因負(fù)電荷從B移到C電場力做正功，必是從低電勢點(diǎn)移 向高電勢點(diǎn)，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(fù)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(diǎn)的電勢能 EpA=qφA=-310-6200J=-610-4J 電荷在C點(diǎn)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(xùn)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(diǎn)移到B點(diǎn)(如圖所示)，電場力做6.010-3J的功，則( ),,A.A、B兩點(diǎn)間的電勢差為3.010-10V B.A、B兩點(diǎn)間的電勢差為1.2105V C.若將2.510-8C的電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做3.010-3J的功 D.若將2.510-8C的電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做3.010-17J的功,,【解析】選B、C。A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB= =1.2105V，故B正確，A錯(cuò)誤；在A、B兩點(diǎn)間移動(dòng) 2.510-8C的電荷時(shí)，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(cuò)誤。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.如圖所示，a、b、c、d、e五點(diǎn)在一直線上，b、c兩點(diǎn)間的距離等于d、e兩點(diǎn)間的距離，在a點(diǎn)固定放置一個(gè)點(diǎn)電荷，帶電荷量為+Q，已知在+Q的電場中b、c兩點(diǎn)間的電勢差為U。將另一個(gè)點(diǎn)電荷+q從d點(diǎn)移動(dòng)到e點(diǎn)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(yīng)用電場力做功的公式W=qU分析。該電場力為點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場，從a→e電勢變化量不均勻，且UbcUde，故點(diǎn)電荷+q從d點(diǎn)移到e點(diǎn)電場力做功，且小于qU。,,2.電場中有a、b兩點(diǎn)，a點(diǎn)電勢為2V，帶電量為2 10-8C的負(fù)離子僅在電場力作用下從a運(yùn)動(dòng)到b的過程 中，電場力做正功410-8J，則( ) A.b點(diǎn)電勢是2V B.a、b兩點(diǎn)中，b點(diǎn)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(fù)離子僅在電場力作用下從a運(yùn)動(dòng)到b， 電場力做正功，電荷的電勢減小，動(dòng)能增大，因而速 度增大，C、D錯(cuò)誤；由Uab= =-2V。 又Uab=φa-φb，故φb=φa-Uab=4V，b點(diǎn)電勢較高，A錯(cuò) 誤，B正確。,,3.如圖所示，電場中A、B兩點(diǎn)電勢差為30V，一個(gè)電荷量為510-8C的正點(diǎn)電荷由A運(yùn)動(dòng)到B，電場力對點(diǎn)電荷做了多少功？B、C兩點(diǎn)間的電勢差大小為15V，該點(diǎn)電荷從B運(yùn)動(dòng)到C，電場力對點(diǎn)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(guān)系得： WAB=qUAB=510-830J=1.510-6J。 WBC=qUBC=510-8(-15)J=-7.510-7J。 方法二：正點(diǎn)電荷從A運(yùn)動(dòng)到B時(shí)，是順著電場線方向移動(dòng)的，所以電場力做正功，其大小W1=qU1=1.5 10-6J。,,正點(diǎn)電荷從B運(yùn)動(dòng)到C時(shí)，是逆著電場線方向移動(dòng)的，所以電場力做負(fù)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(gè)電荷量為 -610-8C的點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，靜電力做功為 -310-5J，將此電荷從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，靜電力做功為 4.510-5J。 (1)求A與C兩點(diǎn)間的電勢差。 (2)取C點(diǎn)為零電勢點(diǎn)時(shí)，A點(diǎn)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(gè)q=410-8C的點(diǎn)電荷在電場中移動(dòng)。 (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?yàn)閁AB=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(yīng)用公式UAB= 的兩點(diǎn)問題 (1)WAB、UAB、q均可正可負(fù)，WAB取正號(hào)表示從A點(diǎn)移動(dòng) 到B點(diǎn)時(shí)靜電力對電荷做正功，UAB取正號(hào)表示φAφB，q取正號(hào)表示試探電荷為正電荷；WAB取負(fù)號(hào)表示從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)靜電力對電荷做負(fù)功，UAB取負(fù)號(hào)表示φAφB，q取負(fù)號(hào)表示試探電荷為負(fù)電荷。,,(2)應(yīng)用公式WAB=qUAB求解時(shí)，可將各量的正負(fù)號(hào)及數(shù)值一并代入進(jìn)行計(jì)算。也可以將各物理量都取絕對值，計(jì)算大小，再根據(jù)電荷的移動(dòng)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(fù)，根據(jù)電荷在電場中的始末位置確定電勢差的正負(fù)進(jìn)而確定場強(qiáng)方向。,【課堂小結(jié)】,