第10章 2.电势差-（课件）【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第三册（人教版）

高中物理 必修 第三册 赢在微点 轻松课堂 物理 第十章 静电场中的能量 2.电势差 2 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 —— —— 稳健启程 新知初步构建 课前·新知初探 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 11 —— —— 细研深究 萃取知识精华 课堂·合作探究 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 2.电势差 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 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电荷q在电场中从A点移到B点,由静电力做功与电势能变化的关系可得WAB=___________,WAB=qφA-qφB=q(φA-φB)=qUAB。 2.公式:UAB=。 3.物理意义。 电场中A、B两点间的电势差等于___________做的功与电荷量q的比值。 EpA-EpB 静电力 低 强 弱 三、等势面 1.电场中电势___________的各点构成的面叫作等势面。 2.等势面的特点。 (1)在同一个等势面上移动电荷时,静电力___________。 (2)电场线跟等势面垂直,并且由电势___________的等势面指向电势___________的等势面。 (3)等差等势面密的地方,电场强度较___________;等差等势面疏的地方,电场强度较___________。 (4)任意两个等势面不相交。 相同 不做功 高 × × 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)UAB表示B点相对A点的电势差,即UAB=φB-φA。( ) (2)电场中任意两点的电势差,均与是否放入试探电荷无关。( ) (3)UAB和UBA都可能有正负,所以电势差是矢量。( ) (4)若电场中两点间的电势差UAB=1 V,则将单位电荷从A点移到B点,电场力做功为1 J。( ) (5)在同一等势面上,不仅各点电势相同,电场强度也一定相同。( ) × √ × 2.下列关于电势差的说法正确的是(　　) A.两点间的电势差等于将电荷从其中一点移到另一点时静电力所做的功 B.将1 C的正电荷从电场中一点移到另一点,如果静电力做了1 J的功,那么这两点间的电势差就是1 V C.在两点间移动电荷时,静电力做功的多少跟这两点间的电势差无关 D.两点间电势差的大小跟放入这两点间的电荷所带的电荷量成反比 答案与解析 解析　根据UAB=知,两点间的电势差在数值上等于在两点间移动单位正电荷时静电力所做的功,A项错误,B项正确,两点间电势差与移动的电荷所带的电荷量及放不放电荷无关,D项错误;静电力做的功WAB=qUAB,即静电力做的功除与两点间的电势差有关外,还与移动的电荷所带的电荷量有关,C项错误。 答案　B 探究一 电势差 1.对电势差的几点认识。 (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量、静电力做功的大小无关。在确定的电场中,即使不放入电荷,任何两点间的电势差也有确定值。 (2)对于电势差必须明确指出是哪两点间的电势差,而且先后顺序不能乱。如A、B间的电势差记为UAB,B、A间的电势差记为UBA,且UAB=-UBA。 (3)电势差为标量,有正、负之分,电势差的正负表示电场中两点电势的高低。 (4)电场中两点间的电势差与零电势位置的选取无关。 2.电势差与电势的对比。 电势φ 电势差U 区别 定义 电势能与电荷量的比值φ= 静电力做的功与电荷量的比值U= 决定因素 由电场和在电场中的位置决定 由电场和场内两点位置决定 相对性 有,与零电势位置的选取有关 无,与零电势位置的选取无关 联系 数值关系 UAB=φA-φB,当φB=0时,UAB=φA 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 【例1】　在电场中A、B两点间的电势差UAB=75 V,B、C两点间的电势差为UBC=-200 V,则A、B、C三点的电势高低关系为(　　) A.φA>φB>φC B.φA<φC<φB C.φC>φA>φB D.φC>φB>φA 答案与解析 解析　根据UAB=75 V,可得φA-φB=75 V,所以φA=φB+75 V;根据UBC=-200 V,可得φB-φC=-200 V,所以φC=φB+200 V,比较可知,φC>φA>φB,C项正确。 答案　C (1)公式UAB=中功和电荷量应包含正负号,若代入绝对值计算,则只能求出电势差的绝对值。 (2)电子伏特(eV)是能量单位,与焦耳(J)的换算关系是:1 eV=1.6×10-19 J。 【针对训练1】　(多选)关于电势差UAB和电势φA、φB的理解,正确的是(　　) A.UAB表示B点与A点之间的电势差,即UAB=φB-φA B.UAB和UBA是不同的,它们有关系:UAB=-UBA C.φA、φB都有正负,所以电势是矢量 D.零电势点的规定虽然是任意的,但人们常常规定大地和无穷远处为零电势点 答案与解析 解析　UAB表示A点相对B点的电势差,即UAB=φA-φB,A项错误;根据电势差的概念可知UAB和UBA是不同的,它们有关系:UAB=-UBA,B项正确;电势虽有正负之分,但电势是标量,C项错误;零电势点的规定原则上是任意的,但在实际中应方便描述,人们常常规定大地和无限远处为零电势点,D项正确。 答案　BD 探究二 电势差与静电力做功的关系 1.静电力做功与电势差的关系:WAB=qUAB或UAB=。 2.公式WAB=qUAB或UAB=中各物理量符号的处理方法。 (1)带正、负号进行运算:把电荷q的电性和两点间的电势差U的正负代入;功为正,则说明静电力做正功,电荷的电势能减小;功为负,则说明静电力做负功,电荷的电势能增大。 (2)只将绝对值代入公式运算:即在计算时,q、U都取绝对值,算出的功也是绝对值,至于静电力做的是正功还是负功,可以根据电荷的正、负及电荷移动的方向与电场线方向的关系进行判断。 (3)用关系式WAB=qUAB进行相关计算时要注意W与U的角标要对应,不要造成混乱,因为UAB= -UBA,WAB=-WBA。 【例2】　将4×10-5 C的正电荷,从电场中的A点移到B点,电场力做正功2×10-4 J。 (1)A、B两点的电势差为多大? (2)将一带电量为-5×10-5 C的电荷从A点移到B点,电场力做多少功?电势能如何变化,变化多少? 解析　(1)A、B两点的电势差为UAB==5 V。 (2)将一带电量为-5×10-5 C的电荷从A点移到B点,电场力做功为W'AB=q'UAB=-2.5×10-4 J,则电场力做负功,该电荷的电势能增加2.5×10-4 J。 答案　(1)5 V　(2)-2.5×10-4 J　电势能增加　增加2.5×10-4 J 【针对训练2】　电场中有A、B两点,一个点电荷在A点的电势能为1.2×10-8 J,在B点的电势能为8.0×10-9 J。已知A、B两点在同一条电场线上,如图所示,该点电荷的电荷量为1.0×10-9 C,那么(　　) A.该电荷为负电荷 B.该电荷为正电荷 C.A、B两点的电势差UAB=4.0 V D.把电荷从A移到B,电场力做功为W=4.0 J 答案与解析 解析　点电荷在A点的电势能大于在B点的电势能,从A到B电场力做正功,所以该电荷一定为负电荷,且WAB=EpA-EpB=1.2×10-8 J-8.0×10-9 J=4.0×10-9 J,故A项正确,B、D两项错误;UAB== V=-4.0 V,所以C项错误。 答案　A 探究三 等势面 1.几种典型电场的等势面。 (1)点电荷电场中的等势面:是以点电荷为球心的一簇球面,如图甲所示。 (2)等量异种点电荷电场中的等势面:是两簇对称曲面,如图乙所示。 (3)等量同种点电荷电场中的等势面:是两簇对称曲面,如图丙所示。 (4)匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一簇平面,如图丁所示。 (5)形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面,如图戊所示。 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及差别。 (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,从而确定电场的大体分布。 (4)由等差等势面的疏密,可以定性地确定某点场强的大小。 【例3】　点电荷Q周围的电场线如图所示,A、B、C是电场中的三点,虚线是以点电荷Q为圆心的圆周。以下判断正确的是(　　) A.Q是正电荷,A点的电场强度等于C点的电场强度 B.Q是正电荷,A点的电势等于B点的电势 C.Q是负电荷,A点的电势高于C点的电势 D.Q是负电荷,A点的电势低于C点的电势 答案与解析 解析　根据电场线是发射型的可知Q为正电荷,同一圆周上各点电势相同,则φA=φB ,离点电荷越近的场强越强,则有EA>EC ,B项正确,A、C、D三项错误。 答案　B 【针对训练3】　空间P、Q两点处固定电荷量绝对值相等的点电荷,其中Q点处为正电荷,P、Q两点附近电场的等势线分布如图所示,a、b、c、d、e为电场中的5个点,设无穷远处电势为0,则(　　) A.e点的电势大于0 B.a点和b点的电场强度相同 C.b点的电势低于d点的电势 D.负电荷从a点移动到c点时电势能增加 答案与解析 解析　根据电场线与等势面垂直关系,可判断P点处为负电荷,无穷远处电势为0,e点在PQ连线的中垂线上,则φe=0,A项错误;a、b两点电场强度的方向不同,则a、b两点电场强度不同,B项错误;从Q到P电势逐渐降低,则φb>φd,C项错误;由φa>φc,负电荷从a到c电场力做负功,电势能增加,D项正确。 答案　D 1.关于UAB=和WAB=qUAB的理解,正确的是(　　) A.电场中A、B两点间的电势差和两点间移动电荷的电荷量q成反比 B.在电场中A、B两点间沿不同路径移动相同电荷,路径长时WAB较大 C.UAB与q、WAB无关,甚至与是否移动电荷都没有关系 D.WAB与q、UAB及电荷移动的路径无关 答案与解析 解析　UAB=是比值法的量度式,UAB由电场自身决定,A项错误,C项正确;由WAB=qUAB可知WAB与q、UAB有关,与电荷移动的路径无关,B、D两项错误。 答案　C 2.如图甲,某棵大树被雷电击中,此时以大树为中心的地面上形成了电场,该电场的等势面分布及电场中M、P两点的位置如图乙所示,则(　　) A.M点电势较低 B.电场线由P点指向M点 C.越靠近大树的地方电场强度越小 D.M、P两点间的电势差约为200 kV 答案与解析 解析　由题图乙可知,φM=-200 kV,φP=-400 kV,则φM>φP,根据电场线由高电势指向低电势可知,电场线由大树(即表示等势面的同心圆的圆心)指向P点。根据等差等势面的疏密程度可以表示电场的强弱,易知越靠近大树的地方电场强度越大,A、B、C三项错误;根据电势差的定义,可得UMP=φM-φP=200 kV,D项正确。 答案　D 3.在静电场中，一个电子由a点移到b点时静电力做功为5 eV(1 eV=1.6×10-19 J)，则以下说法中正确的是(　　) A.电场强度的方向一定由b沿直线指向a B.a、b两点间电势差Uab=5 V C.电子的电势能减少5 eV D.电子的电势能减少5 J 答案与解析 解析　电场强度的方向与运动路径无关，A项错误;Uab===-5 V，B项错误;静电力做5 eV的正功，电势能减少5 eV，C项正确，D项错误。 答案　C 4.如图所示,虚线a、b、c代表电场中一簇等势面。相邻等势面之间的电势差相等,实线为一带电质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹,P、Q是这条轨迹上的两点,据此可知(　　) A.质点带正电 B.a、b、c三个等势面中,a的电势最高 C.该带电质点在P点处的加速度比在Q点处小 D.该带电质点在P点的速度比在Q点具有的速度大 答案与解析 解析　由于等势面与电场线垂直,则电场线如图所示。由于无法求出a、b、c三个等势面的电势高低,因此无法判断电荷的正负,A、B两项错误;等差等势面越密集的地方,场强越大,因此该带电质点在P点处的加速度比在Q点处大,C项错误;做曲线运动的粒子,受力方向指向凹侧,可知若粒子从Q运动到P,电场力做正功,动能增加,D项正确。 答案　D 四种求法 表达式 注意问题 功的定义法 W=Fd=qEd (1)适用于匀强电场 (2)d表示沿电场线方向的距离 功能关系法 WAB=EpA-EpB=-ΔEp (1)既适用于匀强电场也适用于非匀强电场 (2)既适用于只受电场力的情况,也适用于受多种力的情况 电势差法 WAB=qUAB 动能定理法 W静电力+W其他力=ΔEk 【快乐体验】　如图所示,光滑绝缘细杆竖直放置,它与以正电荷Q为圆心的某圆交于B、C两点,质量为m、带电荷量为-q的有孔小球从杆上A点无初速度下滑,已知q≪Q,AB=h,小球滑到B点时的速度大小为。求: (1)小球由A到B的过程中静电力做的功; (2)A、C两点间的电势差。 解析　(1)因为杆是光滑的,所以小球从A到B的过程中只有两个力做功,静电力做的功WAB和重力做的功mgh, 由动能定理得WAB+mgh=m, 代入已知条件vB=, 得WAB=mgh。 (2)因为B、C在同一等势面上, 所以φB=φC, 即UAC=UAB==-。 答案　(1)mgh　(2)- $$