物理：2.3《电势差》课件(鲁科版选修3-1)

1、第三节：电势差一、电势差与电场力的关系一、电势差与电场力的关系1 1、电势差：电势差： 电场中两点间电势的差值，也叫电场中两点间电势的差值，也叫电压电压BAABUABBAUABABUU则有则有或者表示成或者表示成显然显然BA设电场中设电场中A A点的电势为点的电势为，B B点的电势为点的电势为思考思考1 1、电势差可以是正值也可以是负电势差可以是正值也可以是负值，电势差的正负表示什么意义？值，电势差的正负表示什么意义？ 表示两点电势高低表示两点电势高低2 2、电势的数值与零电势点的选取、电势的数值与零电势点的选取有关，电势差的数值与零电势点有关，电势差的数值与零电势点的选取的选取无关（与高度相

2、似）无关（与高度相似） 2、电场力做功与电势差的关系电场力做功与电势差的关系)(BAqBAqq 电荷电荷q q从电场中从电场中A A点移到点移到B B点点，PBPAABEEW；BAABqUWqWUABBA即即或或功的单位：功的单位：焦耳（焦耳（J） 或电子伏特（ev）JVCev1919106 . 111060. 11思考思考1 1、U UABAB由什么决定？跟由什么决定？跟W WABAB、q q有关有关吗？吗？ 由电场本身的因素决定由电场本身的因素决定 与与W WABAB、q q无无关关2 2、W WAB AB 跟跟q q、U UABAB有关吗？有关吗？ 跟跟q q、U UABAB都有关都有关

3、 注意：电场中注意：电场中A、B两两点间的电势差跟移动点间的电势差跟移动电荷的路径无关，只电荷的路径无关，只与与AB位置有关位置有关例例1 1、电场中电场中A A、B B两点的电势是两点的电势是A A= =800 800 V V， B B= = -200 V -200 V，把电荷，把电荷q q= -= -1.51.51010-8-8C C由由A A点移到点移到B B点，电场力做了点，电场力做了多少功？电势能是增加还是减少，增多少功？电势能是增加还是减少，增加或者减少多少？加或者减少多少？ WWABAB= -1.5= -1.51010-5-5 J J 电势能增加，增加电势能增加，增加1.51.5

4、1010-5-5J J【例【例2】如图所示，在场强为如图所示，在场强为E的匀强电场中，的匀强电场中，一电子（电量为一电子（电量为e，质量为，质量为m）从电场中的）从电场中的A点沿电场线方向以速度点沿电场线方向以速度v0运动，到达运动，到达B点是时点是时速度为零，求：速度为零，求：A、B两点间电势差两点间电势差UAB为多少？哪点电势为多少？哪点电势高？高？电子从电子从A点运动到点运动到B点所用时间为多少？点所用时间为多少？A、B两点间距离为多大？两点间距离为多大？例例3:3:如图所示如图所示, ,在电场强主度为在电场强主度为E E的匀强中的匀强中ABCABC为直角三角形为直角三角形, ,已知已知

5、ABAB的距离为的距离为d,d,求求:(1)AB:(1)AB两点的电势差两点的电势差 (2)AC(2)AC两点的电势差两点的电势差EABCd二、电势差与电场强度的关系二、电势差与电场强度的关系 A.BE. BB 若用若用d d表示表示A A、B B沿场强方向上的距离沿场强方向上的距离 ABU则说明：说明：只适用于匀强电场只适用于匀强电场 d d：沿场强方向的距离：沿场强方向的距离 匀强电场中两点间的电势差等于场强匀强电场中两点间的电势差等于场强与这与这两点间沿电场力方向两点间沿电场力方向距离的乘积距离的乘积Ed思考思考，这个式子，这个式子dUEEdU由由表示什么含义？从式子中可看出表示什么含义

6、？从式子中可看出E E的单位是什么？的单位是什么？ 在在匀强电场匀强电场中，场强在数值上等于中，场强在数值上等于沿场强沿场强方向方向每单位距离上的电势差每单位距离上的电势差. . E E的单位为的单位为V/mV/m （1 V/m=1 N/C 1 V/m=1 N/C ）. NN 60 例例4 4：如图，在匀强电场中的：如图，在匀强电场中的M M、N N两点距离为两点距离为2 2 cmcm，两点间的电势差为，两点间的电势差为5 V,5 V,M M、N N连线与场强方连线与场强方向成向成6060角，则此电场的电场强度多大？角，则此电场的电场强度多大？ EM.N解：解：根据根据 ，得：，得： dUE

7、060cosMNUE2110252）（mV /500例例5.5.如图所示如图所示a a、b b、c c、d d是匀强电场中的四个是匀强电场中的四个点点, ,它们正好是一个矩形的四个顶点。电场线与它们正好是一个矩形的四个顶点。电场线与矩形所在平面平行。已知矩形所在平面平行。已知a a点的电势为点的电势为20V,b20V,b点点的电势为的电势为24V,d24V,d点的电势为点的电势为4V,4V,由此可知由此可知c c点的电点的电势为势为( () )A.4VA.4VB.8VB.8VC.12VC.12VD.24VD.24VEL例例6：如图为有界的匀强电场，电场的宽度为：如图为有界的匀强电场，电场的宽度

8、为L电场强度为电场强度为E，现有一个质量为，现有一个质量为m，电荷量为，电荷量为q的的带正粒子，以初速度为带正粒子，以初速度为V0垂直进入电场，求：垂直进入电场，求：电荷射出电场的速度是多少？（不计重力）出射电荷射出电场的速度是多少？（不计重力）出射点与入射点间的电势差多少？点与入射点间的电势差多少？三、带电粒子在电场中的偏转三、带电粒子在电场中的偏转 做曲线运动处理方法：运动的分解与合成即：分解为与电场平行和垂直两个方向的运动垂直两个方向的运动平行电场方向做匀速真线运动平行电场方向做匀速真线运动垂直电场方向做匀变速直线运动垂直电场方向做匀变速直线运动1.1.关于带电粒子在电场中的重力关于带电

9、粒子在电场中的重力: :(1)(1)基本粒子基本粒子: :如电子、质子、如电子、质子、粒子、离子等粒子、离子等, ,除有说明或有明确的暗示以外除有说明或有明确的暗示以外, ,此类粒子一般不此类粒子一般不考虑重力考虑重力( (但并不忽略质量但并不忽略质量) )。(2)(2)带电微粒带电微粒: :如液滴、油滴、尘埃、小球等如液滴、油滴、尘埃、小球等, ,除除有说明或有明确的暗示以外有说明或有明确的暗示以外, ,一般都不能忽略重一般都不能忽略重力。力。2.2.粒子速度方向与电场方向垂直：粒子速度方向与电场方向垂直：（1 1）运动性质：类平抛运动）运动性质：类平抛运动: :带电粒子以速度带电粒子以速度

10、v v0 0垂直于电场线的方向射入匀强电场垂直于电场线的方向射入匀强电场, ,受到恒定的与初速度方向垂直的静电力的作用而做匀受到恒定的与初速度方向垂直的静电力的作用而做匀变速曲线运动变速曲线运动, ,称之为类平抛运动。可以采用处理平抛称之为类平抛运动。可以采用处理平抛运动方法分析这种运动。运动方法分析这种运动。 （2 2）. .运动规律运动规律: :沿初速度方向沿初速度方向:v:vx x=v=v0 0,x=v,x=v0 0t(t(初速度方向初速度方向) )。垂直初速度方向垂直初速度方向:v:vy y=at,y=at,y= at= at2 2( (电场线方向电场线方向, ,其中其中a= )a=

11、)。12qEqUmmd（3 3）. .两个结论两个结论: :偏转距离偏转距离:y= :y= 偏转角度偏转角度:tan:tan= = 220qLU2mv d。y200vqLUvmv d。（4 4）. .两个推论两个推论: :粒子从偏转电场中射出时粒子从偏转电场中射出时, ,其速度方向反向延长线其速度方向反向延长线与初速度方向延长线交于一点与初速度方向延长线交于一点, ,此点平分沿初速度方向此点平分沿初速度方向的位移。的位移。位移方向与初速度方向间夹角位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏转的正切为速度偏转角正切的角正切的 , ,即即tan= tantan= tan。1212如图所示如图所示,

12、,粒子发生器发射出一束质量为粒子发生器发射出一束质量为m,m,电荷量为电荷量为q q的粒子的粒子, ,从静止经加速电压从静止经加速电压U U1 1加速后获得速度加速后获得速度v v0 0, ,并沿并沿垂直于电场方向射入两平行板中央垂直于电场方向射入两平行板中央, ,受偏转电压受偏转电压U U2 2作用作用后后, ,以某一速度离开电场以某一速度离开电场, ,已知平行板长为已知平行板长为L,L,两板间距两板间距离为离为d,d,求求: :(1)(1)粒子从静止经加速电粒子从静止经加速电压压U U1 1加速后加速后, ,获得速度获得速度v v0 0。(2)(2)粒子在偏转电场中粒子在偏转电场中运动的时

13、间运动的时间t t。(3)(3)粒子在离开偏转电场时纵向偏移量粒子在离开偏转电场时纵向偏移量y y。【正确解答】【正确解答】(1)(1)由动能定理得由动能定理得:W=qU:W=qU1 1= = 解得解得:v:v0 0= = (2)(2)粒子在偏转电场中水平方向做匀速直线运动粒子在偏转电场中水平方向做匀速直线运动, ,运动运动时间为时间为t,t,且且L=vL=v0 0t t解得解得:t= :t= 201mv212qUm。01LmLv2qU(3)(3)粒子在偏转电场中竖直方向上做初速度为零的匀加粒子在偏转电场中竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动速直线运动, ,加速度加速度a= a= 纵向偏移量

14、纵向偏移量y= aty= at2 2解得解得:y=:y=答案答案: : 2qUFmmd12221LU4dU212112qULUm12 L3m2qU4dU（） （ ） （ ）如图所示如图所示, ,两块竖直放置的足够长的平行金两块竖直放置的足够长的平行金属板属板A A、B,B,板距板距d=0.04m,d=0.04m,两板间的电压两板间的电压U=U=400V,400V,板间有一匀强电场。在板间有一匀强电场。在A A、B B两板上两板上端连线的中点端连线的中点Q Q的正上方的正上方, ,距距Q Q为为h=1.25mh=1.25m的的P P点处有一带正电小球点处有一带正电小球, ,已知小球的质量已知小球

15、的质量m=m=5 51010-6-6kg,kg,电荷量电荷量q=5q=51010-8-8C C。设。设A A、B B板长板长度无限度无限,g,g取取10m/s10m/s2 2。试求。试求: :(1)(1)带正电小球从带正电小球从P P点开始由静止下落点开始由静止下落, ,经多长时间和金经多长时间和金属板相碰属板相碰? ?(2)(2)相碰时相碰时, ,离金属板上端的距离多大离金属板上端的距离多大? ?【解析】【解析】(1)(1)设小球从设小球从P P到到Q Q的时间为的时间为t t1 1, ,由由h= h= 小球进入电场后其飞行时间取决于电场力产生的加速小球进入电场后其飞行时间取决于电场力产生的

16、加速度度a ax x, ,由力的独立作用原理由力的独立作用原理, ,可以求出小球在电场中的可以求出小球在电场中的运动时间运动时间t t2 2, ,应有应有qEqE=ma=max x、E= E= 得得t t2 2= = 所以所以, ,运动总时间运动总时间t=tt=t1 1+t+t2 2=0.5+0.02=0.52s=0.5+0.02=0.52s21112h2 1.25gtt0.5 s2g10得2x 2U d1a td 22、68m5 10d0.040.02 sqU5 10400(2)(2)小球由小球由P P点开始在竖直方向上始终是自由落体运动点开始在竖直方向上始终是自由落体运动, ,在时间在时间

17、t t内的位移为内的位移为y= gty= gt2 2= = 1010(0.52)(0.52)2 2=1.352m=1.352m与金属板上端的距离为与金属板上端的距离为S=y-hS=y-h=1.352-1.25=0.102m=1.352-1.25=0.102m答案答案: :(1)0.52s(1)0.52s(2)0.102m(2)0.102m1212一、电势与电场强度的关系一、电势与电场强度的关系E E大处大处不一定高；不一定高；高处高处E E也不一定大也不一定大 无直接关系无直接关系 E E为零处为零处不一定为零，不一定为零，为零处为零处E E不一定为零不一定为零 二、电势差与电场强度的关系二、

18、电势差与电场强度的关系 dEU 说明：说明：只适用于匀强电场只适用于匀强电场 d d：沿：沿场强方向的场强方向的距离距离 小小 结结dUE 或或三、电场的两大性质：三、电场的两大性质： 力的性质：力的性质： 能的性质：能的性质： 由由电场强度电场强度描述描述 可用电场线形象表示可用电场线形象表示 由电势、电势差描述由电势、电势差描述 可用等势面形象表示可用等势面形象表示 三、带电粒子在电场中的偏转三、带电粒子在电场中的偏转 做曲线运动处理方法：运动的分解与合成即：分解为与电场平行和垂直两个方向的运动垂直两个方向的运动平行电场方向做匀速真线运动平行电场方向做匀速真线运动垂直电场方向做匀变速直线运动垂直电场方向做匀变速直线运动例例3、一个质量为一个质量为m、带有电荷、带有电荷-q的小物体距的小