高中物理 第二章 电势能与电势差 第3节 电势差知识导航素材 鲁科版选修3-1.doc

第3 节 电势差思维激活1.在户外的高压线，电压高达几十万伏，落在高压线上的小鸟并没有被电死，你能解释这是为什么吗？2.你知道飞机的轮子是导体还是绝缘体吗？为什么要这样来设计呢？答案：1.提示:一根长电缆，两端的电势差虽然很大，但任意一小段所占的电压却甚低，也就是小鸟的两爪之间的电压甚低，鸟体电阻很大，根据初中学的欧姆定律推之，流过小鸟的电流很小，连鸟儿本身都感觉不到，当然就没有生命危险了.2.飞机轮子是导体.因为飞机在空中飞行时由于和空气的摩擦，机身积累了大量的电荷，落地时要把这些电荷及时导走，就是通过飞机轮子来完成的.要不然，机身就会和地面有电势差，人在走下飞机时就会有危险.自主整理1.电势差与电场力做功(1)电势差定义：电场中两点间的电势的差值叫做_，也叫_.用字母_来表示.它与电势零点的选取_.(2)电场中a点的电势记为a，b点电势记为b，则a、b间的电势差表示成_或_.(3)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，该公式不仅适用于匀强电场，而且对非匀强电场_ (或任何电场)也成立.(4)电场力做的功和电势差的关系式：w=quab，应用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.2.电场强度与电势差的关系(1)在匀强电场中，电场强度等于_单位距离上的电势差.(2)公式：e=_.其中，uab指两点间的_，d指两点间_的距离.3.示波器的工作原理(1)示波器是一种常用的观测_的仪器，它还可以用来测量电信号的_、_、_等参数.(2)示波器分为_示波器和_示波器两类.(3)阴极射线管示波器主要有_、_和_组成，示波管抽成_.示波管的示意图答案：1.(1)电势差 电压 u 无关(2)uab=a-b uba=b-a(3)w=quab (4)正 负2.(1)沿场强方向(2)uab/d 电势差 沿场强方向3.(1)电信号波形 周期 频率 电压(2)阴极射线管 数字(3)电子枪 偏转电极 荧光屏 真空高手笔记1.电势差(1)uab是电场本身的性质，与试探电荷q无关.(2)uab=是定义式，非决定式，uab取决于电场及a、b位置.(3)uab是标量，没有方向.(4)uab=-uba.(5)电势差与零电势的选取无关，选择不同的零电势对电势差没有影响.2.电势差与电场力做功的关系(1)公式w=qu适用于任何电场，w=qed仅适用于匀强电场.(2)式中wab仅是电场力的功，不包括从a到b点移动电荷时可能还有其他力的功.(3)式中各量均有正负，计算中w、u的下角要对应，即wab=quab.3.电势差跟电场强度的关系u=ed的应用(1)此式只适用于匀强电场.(2)d是电场中两点在电场方向的距离.(3)由公式e=u/d知，在匀强电场中，场强等于沿场强方向每单位长度上的电势差.(4)单位“v/m”与“n/c”是相等的.名师解惑1.电势与电势差的比较电势电势差u=a-b区别1.电场中某点的电势与零电势点的选取有关(一般取无限远处或地球的电势为零电势)2.电势由电场本身决定，反映电场的能的性质3.相对量4.标量，可正可负电场中两点间的电势差与零电势点的选取无关电势差由电场和这两点间的位置决定绝对量标量，可正可负联系联系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电势与电势差的单位相同，皆为伏特(v)2.电场强度三个公式的对比区别公式物理含义引入过程适用范围e=f/q是电场强度大小的定义式fq，f/q与f、q无关，是反映某点电场的性质适用于一切电场e=k是真空中点电荷的场强决定式由e=f/q和库仑定律导出在真空中，场源电荷q为点电荷e=u/d是匀强电场中场强的决定式由f=qe和w=qu导出匀强电场3.公式u=ed的推导如图，在匀强电场中，把电荷q从a移到b，电场力做功为w=quab，且与路径无关.设bc长为d，则wab=fcos=eqcos=eqd,因uab=wab/q，故uab=ed或e=uab/d.4.带电粒子在电场中的运动(1)带电粒子的加速：初速度为零的带电粒子，经过电势差为u的电场加速，由动能定理qu=mv2，带电粒子的速度变为v=，末速度v的大小与带电粒子的自身性质q/m有关.(2)带电粒子以初速度v0垂直于场强方向射入匀强电场，不计重力，电场力使带电粒子产生加速度，做类平抛运动.垂直于电场方向上粒子做匀速直线运动：vx=v0，x=v0t平行于场强方向上粒子做匀加速运动：a=qu/md，vy=at，y=at2tan=为速度跟垂直电场方向的夹角.讲练互动【例1】 一个带负电的质点，带电荷量为2.010-9c，在电场中将它由a移到b，除电场力之外，其他力做功610-5j，质点的动能增加了8.010-5j，则a、b两点间的电势差a-b=_.解析：要求两点的电势差，需先求出在两点移动电荷时电场力做的功，而质点动能的变化对应合外力做的功.设电场力做的功为wab，由动能定理得：wab+w=ekwab=ek-w=2.010-5j则a-b=wab/q=-1.0104 v答案：-1.0104 v绿色通道 功是能量转化的量度，即一个力做了多少功，一定有某种形式的能向另外形式的能发生了转化.变式训练1.如图，a、b两点间的电势差uab为20v，电荷量q=-2.010-9c，由a点移动到b点，电场力做的功是多少？解析：电场力做功与路径无关，只与移动电荷电荷量和初末位置有关，即wab=quab=-2.010-9 c20 v=-4.010-8 j负电荷q从电势高处移到电势低处，电荷的电势能增加，所以电场力做负功，即电场力做功-4.010-8 j.答案：-4.010-8 j【例2】 如图，实线为一条电场线，虚线为电场中的两个等势面，已知a=60 v，电子在静电力作用下由a点运动到b点时做功为40 ev，求出b并标出电场线方向.解析：a、b两等势面的电势差为uab=wab/(-e)=40 ev/(-e)=-40 v又uab=a-b=60-b，得b=100 v.由于电场线总是由电势较高的等势面指向较低的等势面，故电场线的方向由b向a.答案：100 v 方向由b向a绿色通道 本题首先由电荷在电场中移动做功的正、负，确定出a、b两点的电势高低；然后根据电场线是由高电势指向低电势，确定电场线的方向.变式训练2.三个电势分别为1、2、3的等势面上有a、b、c、d四点，若将一正电荷由c经a移到d，静电力做正功w1；若由c经b移到d，静电力做正功w2，则( )a.w1w2，12 b.w1w2，12c.w1=w2，12解析：因为电场力做功与路径无关，所以电荷无论从c经a移动到d，还是从c经b移动到d，电场力做功都相等.又正电荷从c移到d，静电力做正功，所以ucd0，12.答案：d体验探究问题:你能用家里常用的试电笔检验电场的存在吗？导思：由验电笔的原理可知，只要在验电笔氖泡的两端有电压，就会发光，从而可以判断物体是否带电