2020春新教材高中物理第10章静电场中的能量第2节电势差课件新人教版必修第三册

1、第2节电势差知识点一电势差观图助学如图是等高线的图示，所标数值是地面某个点高出海平面的垂直距离，也就是海拔，也称为绝对高度。而地面上某一点高出另一点的垂直距离称为相对高度。(1)选择不同的测量起点时，不同地方的高度和两个地方的高度差会有怎样的变化？(2)同样地，在电场中选择不同的电势零点时，不同位置的电势和两个位置的电势差又会有怎样的变化？1.定义：电场中两点间电势的_叫作电势差，也叫_。2.公式：设电场中A点的电势为A，B点的电势为B，则A、B两点之间的电势差为：UAB_。B、A两点之间的电势差为：UBA_。所以UAB_。3.电势差的正负：电势差是标量，但有正、负。电势差的正、负表示两点电势

2、的高低。所以电场中各点间的电势差可依次用_相加。4.电势差的单位：在国际单位制中，电势差与电势的单位相同，均为_，符号是V。差值电压ABBAUBA代数法伏特思考判断(1)电场中两点的电势越高，电势差越大。()(2)UAB0说明从A到B电势降低。()(3)电势差有正负值，是矢量。()(4)电势差与电势一样，是相对量，都与零电势点的选取有关。()观图助学电荷量为q的电荷沿如图所示的曲线由电场中的A点运动到B点，已知A、B两点的电势分别为A、B，请思考后回答下列问题。(1)电荷在A、B两点具有的电势能分别为多少？此过程静电力做功WAB为多少？(2)由上述问题可以得出静电力做功与电势差之间有什么样的关

3、系？知识点二静电力做功与电势差的关系EpAEpBqUAB静电力思考判断(1)若UAB0，则电场对电荷q做的功WAB0。()(2)UAB越大，WAB越大，WAB与UAB成正比。()(3)若电场中两点间的电势差UAB1 V，则将单位正电荷从A点移到B点，静电力做功为1 J。()观图助学如图所示，是我们在地理上学到的等高线的表示方法，思考，类比到电场中，我们怎么用类似的方法表示电场中电势相等的各点呢？知识点三等势面1.定义：电场中_的各点构成的面。2.等势面的特点(1)在同一等势面上移动电荷时静电力_。(2)电场线跟等势面_，并且由电势_的等势面指向电势_的等势面。(3)两个不同的等势面永不_。电势

4、相等不做功垂直高低相交思考判断(1)电荷在等势面上移动时不受静电力作用，所以不做功。()(2)等势面上各点的场强相等。()(3)匀强电场中的等势面是相互平行且垂直于电场线的一簇平面。()(4)等势面上，不仅各点电势相同，电场强度也一定相同。()观察探究电场中A、B、C、D四点的电势如图所示。(1)A、C及A、B间的电势差各为多少？哪个较大？(2)若取D点电势为零，则A、B、C三点的电势为多少？A、C及A、B间的电势差各为多少？通过以上计算说明电势、电势差各具有什么特点？核心要点对电势差与电势的理解答案(1)UACAC15 V，UABAB10 V，UACUAB。(2)UADAD18 V，若D0，

5、A18 V；同理，B8 V，C3 V，UACAC15 V，UABAB10 V。电场中某点电势大小与所选取的电势零点有关，而两点间的电势差与所选取的零电势点无关。探究归纳电势差与电势的对比联系数值关系UABAB，当B0时，UABA单位相同，均是伏特(V)标矢性都是标量，且均具有正负物理意义均是描述电场的能的性质的物理量试题案例例1 (多选)关于电势差UAB和电势A、B的理解，正确的是()A.UAB表示B点相对于A点的电势差，即UABBAB.UAB和UBA是不同的，它们有关系UABUBAC.A、B都可以有正、负，所以电势是矢量D.电势零点的规定是任意的，但人们通常规定大地或无穷远处为电势零点解析U

6、AB表示A点相对于B点的电势差，UABAB，A错误；UBA表示B点相对于A点的电势差，UBABA，故UABUBA，B正确；电势是标量，正负号是相对于零电势点而言的，正号表示高于零电势点，负号表示低于零电势点，C错误；零电势点理论上是可以任意选取的，但通常取无穷远处或大地为零电势点，D正确。答案BD例2 有一带电荷量q3106 C的点电荷，从电场中的A点移到B点时，克服静电力做功6104 J，从B点移到C点时，静电力做功9104 J。求：(1)AB、BC、CA间电势差各为多少？(2)如果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？UCACA100 V。(2)若B0

7、，则A200 V，C300 VEpAAq200(3106) J6104 J。EpCCq300(3106) J9104 J。答案(1)200 V300 V100 V(2)200 V300 V6104 J9104 J针对训练1 在电场中A、B两点间的电势差UAB75 V，B、C两点间的电势差为UBC200 V，则A、B、C三点的电势高低关系为()A.ABC B.ACBC.CAB D.CBA解析根据UAB75 V，可得，AB75 V，所以AB75 V；根据UBC200 V可得BC200 V，所以CB200 V，比较可知，CAB。答案C针对训练2 如图所示，如果B板接地(取大地的电势为零，则与大地相连

8、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？解析(1)M、N两点间的电势差UMNMN4 V。(2)若A板接地，则根据UABAB得，BUABUBA8 VM、N两点的电势MUMA2 V，NUNA6 V，UMNMN4 V。答案(1)4 V(2)8 V2 V6 V4 V观察探究在如图所示的电场中有A、B两点，若选取无穷远处为零电势点，A、B两点的电势分别为A、B。(1)A、B两点的电势差UAB是多少？若把某电荷q从A移到B，电荷的

9、电势能变化了多少？(2)根据静电力做功与电势能变化的关系，求静电力对该电荷做的功。核心要点静电力做功与电势差、电势能的关系答案(1)UABAB电势能的变化量为EpEpBEpAq(BA)(2)WABEpAEpBqAqBq(AB)qUAB探究归纳(3)WAB、UAB、q均可正可负，但代表的意义不同。WAB取正号，表示静电力做正功；UAB取正号，表示AB，q取正号，表示试探电荷为正电荷。WAB取负号，表示静电力做负功；UAB取负号，表示AB；q取负号，表示试探电荷为负电荷。(4)WABqUAB中，静电力做的功WAB与移动电荷q的路径无关，只与初、末位置的电势差有关。2.静电力做功的四种求法四种求法表

10、达式注意问题功的定义WFdqEd(1)适用于匀强电场(2)d表示沿电场线方向的距离功能关系WABEpAEpBEp(1)既适用于匀强电场也适用于非匀强电场(2)既适用于只受静电力的情况，也适用于受多种力的情况电势差法WABqUAB动能定理W静电力W其他力Ek3.带电体只在静电力作用下的能量转化规律(1)从动能定理角度考虑，带电体动能的变化量等于静电力对它做的功。(2)从静电力做功与带电体的电势能变化的关系考虑，带电体的电势能的减少量等于静电力对它做的功。(3)从能量守恒角度考虑，带电体动能的增加量等于它的电势能的减少量。试题案例例3 如图所示，电场中A、B两点电势差为30 V，一个电荷量为510

11、8 C的正点电荷由A运动到B，静电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，静电力对点电荷做了多少功？解析方法一根据静电力做功与电势差的关系得WABqUAB510830 J1.5106 J。WBCqUBC5108(15) J7.5107 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，所以静电力做正功，其大小W1qU11.5106 J。正点电荷从B运动到C时，是逆着电场线方向移动的，所以静电力做负功，其大小W2qU27.5107 J。答案1.5106 J7.5107 J方法归纳分析静电场中的功能变化关系时，常结合以下三点分析(1)合力做功等于物体

12、动能的变化量，即W合Ek。这里的W合指合外力做的功。(2)静电力做功决定物体电势能的变化量，即WABEpAEpBEp，这与重力做功和重力势能变化量之间的关系类似。(3)只有静电力做功时，带电体电势能与动能的总量不变，即Ep1Ek1Ep2Ek2。这与只有重力做功时，物体的机械能守恒类似。思路点拨第一步抓关键点第二步找突破口A到B过程中，用动能定理求静电力做的功WAB也就是WAC，据电势差的定义式可求UAC。关键点获取信息qQq的存在不影响Q产生的电场B、C在以Q为圆心的圆周上B、C两点等电势，UACUAB(2)因为B、C在同一等势面上，所以BC，解析(1)因为杆是光滑的，所以小球从A到B的过程中

13、只有两个力做功：静电力做的功WAB和重力做的功mgh，温馨提示静电场中常用的五种功能关系类型表达式静电力做的功等于电势能的减少量W电Ep重力做的功等于重力势能的减少量WGEp弹簧做的功等于弹性势能的减少量W弹Ep合外力做的功等于物体动能的变化量W合Ek(动能定理)除重力和系统内弹力之外的其他力做的总功等于物体机械能的变化量W其他E(功能原理)答案见解析(2)B0，UBCBC，观察探究(1)观察形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面，简述什么是等势面及其特点？(2)当电荷从同一等势面上的A点移到B点时，电荷的电势能是否变化？静电力做功情况如何？核心要点等势面的特点及应用答案(1)电场中电势相等

14、的各点构成的面电场线疏的地方，等差等势面也比较疏(2)不发生变化静电力不做功探究归纳1.等势面的特点(1)在同一等势面内任意两点间移动电荷时，静电力不做功。(2)空间两等势面不相交。(3)电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。(4)在电场线密集的地方，等差等势面密集。在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏。(5)等势面是虚拟的，是为描述电场的性质而假想的面。2.等势面的应用(1)由等势面可以判断电场中各点电势的高低。(2)由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功的情况。(3)由于等势面和电场线垂直，已知等势面的形状分布，可以绘制电场线，从而确定电场大体分布。(4)由

15、等差等势面的疏密，可以定性地比较其中两点场强的大小。3.几种常见电场的等势面(如图所示)(1)点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面。(2)等量异号点电荷的等势面：点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，两点电荷连线的中垂线是一条等势线。(3)等量同号点电荷的等势面等量正点电荷连线的中点电势最低，两点电荷连线的中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低。等量负点电荷连线的中点电势最高，两点电荷连线的中垂线上该点的电势最低，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高。(4)匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面。试题案例例5 (多选)如图所示，真空中M、N处分别放置

16、两等量异种电荷，a、b、c表示电场中的3条等势线，d点和e点位于a等势线上，f点位于c等势线上，df平行于MN。以下说法正确的是()A.d点的电势高于f点的电势B.d点的电势与e点的电势相等 C.若将一负试探电荷沿直线由d点移动到f点，则静电力先做正功、后做负功D.若将一正试探电荷沿直线由d点移动到e点，试探电荷的电势能增加解析电场线从M指向N，而沿电场方向电势降低，所以d点的电势高于f点的电势，选项A正确；d点和e点在同一条等势线上，所以两点电势相等，选项B正确；若将一负试探电荷沿直线由d点移动到f点过程中，静电力方向与运动方向夹角为钝角，所以静电力一直做负功，选项C错误；若将一正试探电荷沿

17、直线由d点移动到e点，过程始末试探电荷的电势相等，所以静电力做功为零，电势能不变，选项D错误。答案AB方法凝炼等势面和电场线关系的应用(1)已知等势面的情况，可作等势面的垂线来确定电场线，并由“电势降低”的方向确定电场线方向。(2)已知电场线时，可作电场线的垂线来确定等势面，并由“沿电场线方向电势降低”确定等势面的电势高低。针对训练4 某电场中的等势面如图所示，下列关于该电场的描述正确的是()A.负电荷在A点的电势能比在B点的电势能大B.负电荷在A点的电势能比在C点的电势能大C.电荷沿等势面AB移动的过程中，静电力始终不做功D.正电荷由A移动到C，静电力做负功解析负电荷在电势越高的位置电势能越

18、小，B错误；沿等势面移动电荷，静电力不做功，负电荷在A、B两点处的电势能相同，A错误，C正确；正电荷由A移动到C，静电力做正功，D错误。答案C要点归纳1.在电场中，电场线和等势面都是为了更好地描述电场而引入的，两者之间既有联系又有区别。(1)电场线总与等势面垂直。电荷沿着电场线移动，静电力一定做功；电荷沿着等势面移动，静电力一定不做功。(2)在同一电场中，等差等势面的疏密也反映电场的强弱，等差等势面密集处，电场线也密集，电场强；反之，电场线稀疏，电场弱。(3)知道等势面，可画出电场线，知道电场线，也可画出等势面。核心要点电场线、等势面和运动轨迹的综合分析2.带电粒子在电场中的运动轨迹是由静电力和初速度共同决定的，可以根据轨迹分析受到的静电力方向，进一步研究加速度、动能、电势能的变化等。试题案例例6 (多选)某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受静电力作用，沿图中虚线由M运动到N，以下说法正确的是()A.粒子是正电荷B.粒子在M点的加速度小于在N点的加速度C.粒子在M点的电势能小于在N点的电势能D.粒子在M点的动能小于在N点