免费下载《1.5电势差》ppt课件(高中人教版物理选修3-1)
以下为幻灯片页面截图,请点击左边“我要下载”按钮免费下载无水印完整文件
5 电 势 差
1.理解电势差的概念,知道电势差与电势零点的选择无关。
2.掌握两点间电势差的表达公式,知道两点之间电势差的正负号与这两点的电势高低之间的关系。
3.知道在电场中移动电荷时,静电力做功与两点间电势差之间的关系,会应用静电力做功的公式进行相关的计算。
重点:电势差的概念及定义式的应用。
难点:应用电势差的概念求解静电力对电荷所做的功。
一、电势差
1.定义
电场中两点间电势的差值叫做_______,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=_______。
电势差
电压
φA-φB
φB-φA
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__。
正值
负值
伏特
V
二、电势差与电场力做功的关系
(1)电荷q在电场中从A点移动到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
(2)在应用电场力做的功与电势差的关系式时要注意各物理量的
正负。若q为负,UAB为负,则静电力做的功为___功;若q为负,UAB为
正,则静电力做的功为___功。
(3)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。
正
负
电势差
qUAB
【判一判】
(1)电势差与电势零点的选取有关。( )
(2)电势差UAB=φB-φA。( )
(3)在WAB=qUAB中,WAB是电荷所受的合力所做的功。( )
(4)公式WAB=qUAB适用于任何电场。( )
提示:(1)电势差如同高度差,与电势零点位置的选取无关,故(1)错误。
(2)电势差UAB=φA-φB,故(2)错误。
(3)在WAB=qUAB中,WAB仅是电荷所受的电场力所做的功,不是电荷所受的所有力的合力所做的功,故(3)错误。
(4)公式WAB=qUAB对任何电场都成立,UAB为电场中A、B两点间的电势差,故(4)正确。
电势差
1.探究电势差的概念
(1)请思考:若A、B两点间的电势差记为UAB,则B、A两点间的电势差记为什么?A、B两点间的电势差与B、A两点间的电势差有什么关系?
提示:①B、A两点间的电势差记为UBA。②A、B两点间的电势差
与B、A两点间的电势差存在的关系是UAB=φA-φB= -(φB-φA)=
-UBA。
(2)试讨论:电势差的正负表示什么?UAB>0表示什么?UAB<0表示什么?电势的正负表示什么?φA>0说明了什么?
提示:①电势差的正负表示电场中两点电势的相对高低。②若UAB>0,则φA>φB。③若UAB<0,则φA<φB。④电势的正负表示比电势零点的电势高还是低。⑤φA>0说明A点电势高于电势零点电势。
2.对电势差的理解
(1)电势差与我们力学中学的高度差相似,试结合下表比较电势差与高度差。
提示:
(2)试结合下表比较分析电势和电势差的区别与联系。
提示:
有关
无关
电场
能
电场
位置
绝对量
电势差
伏特
【知识点拨】
电势差与电场强度、电势和电势能的异同点
(1)电场强度、电势都是由电场本身决定的,与是否放入电荷无关;而电势能是由电场和电荷共同决定的。
(2)电场强度是描述电场强弱和方向的物理量,也是反映电场力的性质的物理量;而电势和电势能是反映电场能的性质的物理量。
(3)电势、电势能的大小与电势零点的选取有关,是相对的;而电势差的大小与电势零点的选取无关。
【探究归纳】
1.电势差与电势的关系
UAB=φA-φB= -UBA。
2.电势差是标量,其正负表示电场中两点电势的相对高低。
【典例1】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?
【思路点拨】
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面的选取无关。
【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 V
M、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
【变式训练】下面说法正确的是( )
A.电势差又叫电压
B.电势差有正值和负值之分,是矢量
C.电势差与电势一样,是相对量,与电势零点的选取有关
D.A、B两点间的电势差是恒定的,不随电势零点的不同而改变,所以UAB=UBA
【解析】选A。电势差虽然有正负,但正负号表示大小,不表示方向,电势差不是矢量而是标量,B错误;电势是相对的,与电势零点的选取有关,电势差是绝对的,与电势零点的选取无关,C错误;A、B两点间的电势差的关系UAB=-UBA,D错误;电势差习惯上又称为电压,A正确。
电势差与静电力做功的关系
1.仅在静电力作用下,电荷q从电场中A点移到B点,试推导静电力做功与电势差的关系。
【思路分析】利用静电力做功与电势能变化的关系WAB=EpA-EpB,电势能与电势的关系 ,可推导出静电力做功与电势差的关系。
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 可得:EpA=qφA,EpB=qφB;所以WAB=q(φA-φB),即 WAB=qUAB 或
2.有的同学说,根据 可知电场中A、B两点的电势差UAB与静电力做的功WAB成正比,与试探电荷的电荷量q成反比,请分析其正确与否。
提示:不正确。电势差反映了电场本身
的性质,UAB仅由电荷移动的两位置A、
B决定,与所经路径、WAB、q均无关,
但可由 计算UAB,而WAB却由
q、UAB决定。
【知识点拨】
电势差、电势能、电势间的相互关系
(1)从电场力做功的角度定义电势差:电荷q在电场中从A点移到B点,电场力所做的功WAB与电荷量q的比值,叫做A、B两点的电势差,即
(2)有了电势差的定义后,选一个电势零点便可确定某点的电势。电场中某点的电势确定后,电荷在该点的电势能便能确定。当该点电势为零时,电势能一定为零。
【探究归纳】
1.电势差与静电力做功的关系
或 。
2.UAB仅由电荷移动的两位置A、B决定,与所经路径、WAB、q均无关。
【典例2】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?
【思路点拨】
解答本题时应把握以下三点:
(1)由公式 计算两点间的电势差。
(2)电势能与电势的关系为 。
(3)电势差与电势的关系为UAB=φA-φB。
【解析】(1)方法一:
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。
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 V
UCA=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,
(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
【规律方法】
有静电力做功时的功能关系
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。
【变式训练】关于电场中的A、B两点,下列说法正确的是( )
A.根据 可知,两点间的电势差与电场力做的功WAB成正比,与移动电荷的电荷量q成反比
B.把正电荷从A点移到B点,电场力做正功,则有UAB>0
C.电势差的定义式中,UAB与移动电荷的电荷量q无关
D.电场中A、B两点的电势差UAB等于把正电荷q从A点移动到B点时电场力做的功
【解析】选B、C。UAB仅由电荷移动的两位置A、B决定,与WAB、
q均无关,A错误,C正确;根据 可知,当WAB>0,q>0时,
UAB>0,B正确;根据 可知,电场中A、B两点的电势差
UAB等于把单位正电荷q从A点移动到B点时电场力做的功,D错误。
【温馨提示】电场力做的功、电势差、电势能、电势是相互联系的物理量,它们之间的关系是考查的重点之一,学习中要注意理解把握它们之间的关系。
【典例】图中虚线所示为静电场中的等
势面1、2、3、4,相邻的等势面之间的
电势差相等,其中等势面 3 的电势为
0。一带正电的点电荷在静电力的作用
下运动,经过a、b点时的动能分别为26 eV和5 eV。当这一点电荷运动到某一位置时其电势能变为-8 eV时,它的动能应为( )
A.8 eV B.13 eV C.20 eV D.34 eV
【思路点拨】
解答本题要把握以下两点:
(1)电势为零处电势能一定为零;
(2)在只有电场力做功时,电势能与动能之和保持不变。
【解析】选C。由题意可判断b点电势高于a点电势,设各等势面间电势差为U,则由能量守恒得:-2Uq+26 eV=Uq+5 eV
所以Uq=7 eV,点电荷具有的能量为7 eV+5 eV=12 eV
当电势能为-8 eV时,动能为12 eV-(-8 eV)=20 eV。