10.2电势差-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019必修第三册）

第十章 静电场中的能量 第二节 电势差 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)知道电势差的概念。 (2)理解等势面的概念。 科学思维 (1)知道电势差的正负表示两点间电势的高低关系。 (2)会用公式WAB＝qUAB计算静电力所做的功。 (3)会画常见电场的等势面，体会反证法在推理过程中的应用。 科学探究 推导静电力做功跟电势差的关系式。 科学态度与责任 了解电势差的定义方法，培养良好的学习习惯。 知识点一　电势差 1.定义：在电场中，两点之间电势的差值叫作电势差，也叫作电压。 2.公式：设电场中A点的电势为φA，B点的电势为φB，则A、B两点之间的电势差为UAB＝φA－φB，B、A两点之间的电势差为UBA＝φB－φA，所以UAB＝－UBA。 3.单位：在国际单位制中，电势差的单位是伏特，简称伏，用符号V表示。 4.电势差的正负：电势差是标量，UAB为正值，A点的电势比B点的电势高；UAB为负值，A点的电势比B点的电势低。 5.静电力做功与电势差的关系： (1)公式推导 由静电力做功与电势能变化的关系可得 WAB＝EpA－EpB，又因EpA＝qφA，EpB＝qφB，可得WAB＝qφA－qφB＝q(φA－φB)＝qUAB，所以有UAB＝。 (2)物理意义：电场中A、B两点间的电势差等于这两点之间移动电荷时静电力做的功与电荷量q的比值。 6.电势和电势差的比较 　　概念 比较内容　 　 电势φ 电势差U 区 别 定义 电势能与电荷量的比值φ＝ 电场力做的功与电荷量的比值UAB＝ 决定因素 由电场和在电场中的位置决定，与q、Ep无关 由电场和场内两点位置决定，与q、WAB无关 相对性 与零电势点的选取有关 与零电势点的选取无关 联系 数值关系 UAB＝φA－φB，当φB＝0时，φA＝UAB 单位 相同，国际单位制中均是伏特(V) 标矢性 都是标量，但均有正负 知识点二　等势面 1.定义：电场中电势相同的各点构成的面。 2.等势面的特点 (1)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功。 (2)等势面一定跟电场线垂直，即跟电场强度的方向垂直。 (3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。 (4)两不同等势面不相交。 3.对等势面的理解 (1)等势面是为了描述电场的性质而假想的面。 (2)我们常画的等势面一般是等差等势面，即相邻两等势面间的电势的差值相等。 4.等势面的应用 (1)由等势面的疏密可以定性地分析某点电场强度的大小：等差等势面越密，电场强度越大。 (2)由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力的做功情况：正(负)电荷由高电势向低电势移动，静电力做正(负)功；正(负)电荷由低电势向高电势移动，静电力做负(正)功。 (3)若已知等势面的形状、分布，根据等势面和电场线垂直，可以绘制出电场线，从而确定电场的大体分布。 5.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)等量异种点电荷的等势面：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)等量同种点电荷的等势面 ①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。 ②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。 6.电场线与等势面的区别与联系 电场线 等势面 物理意义 形象描述电场强度的强弱和方向 形象描述电场中各点电势的高低 图线特点 带箭头的不闭合的曲线，两电场线不相交 可以闭合，也可以不闭合，不同等势面不相交 描述电场 曲线上某一点的切线方向为场强方向，疏密表示场强大小 等势面的垂线方向为场强方向，等差等势面的疏密表示场强大小 做功情况 电荷沿电场线移动时静电力必做功 电荷沿等势面移动时静电力不做功 联系 (1)沿电场线方向电势降低 (2)电场线与等势面垂直 易错易混点1.对电势差的理解 易错易混点辨析：(1)电场中两点间的电势差，由电场本身决定，与在这两点间移动的电荷的电荷量、静电力做功的大小无关。(2)求电势差时，必须明确所要求的是哪两点间的电势差。A、B间的电势差记为UAB，B、A间的电势差记为UBA。 例1.(2021·湖北省黄梅一中月考)如图所示，a、b、c是氢原子的核外电子绕核运动的三个可能轨道，取无穷远电子的电势能为0，电子在a、b、c三个轨道时对应的电势能分别为－27.2 eV、－6.8 eV、－3.02 eV，由于某种因素(如加热或光照)的影响，电子会沿椭圆轨