10.2电势差 课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理课件聚焦“电势差”核心内容，涵盖电势差概念、静电力做功与电势差关系及等势面特点。通过重力场类比电场、雷暴电子电势能实例导入，结合自主预习与问题引领，搭建从已有知识到新知识的学习支架。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，采用类比法（重力场与电场）、模型建构（等势面），通过典型例题（如雷暴电子电势能计算）和表格归纳（电势与电势能对比）深化理解。配套思维导图梳理知识，助力学生构建体系，教师可高效开展教学。

第2节 电势差 第十章 静电场中的能量 1 2 3 4 × × × √ × 5 任务1 电势差的理解　电场力做功与电势差的关系及应用 6 7 8 电势 电压 φA-φB -UBA 标量 高低 正 负 9 BD 10 11 归纳总结 12 13 14 归纳总结 15 任务2 电场的等势面 16 17 电势相同 不做功 相交 垂直 高 低 18 D 19 20 归纳总结 21 22 23 AB 24 25 26 归纳总结 27 C 28 B 29 30 A 31 32 B 33 34 35 1.通过任务1及其活动,理解电势差的概念,掌握两点间电势差的表达式,知道静电力做功与两点间电势差的关系,会运用静电力做功的公式进行相关计算。(物理观念、科学思维) 2.通过任务2及其活动,知道等势面的定义,知道电场线一定垂直于等势面,能用等势面分析静电场的性质。(物理观念、科学思维) 重点难点:理解电势差的概念以及定义式,掌握静电力做功与电势差的关系。 　　教学建议:首先,在学生已有基础上引导学生了解为什么要提出电势差的概念,再采用电场与重力场的类比,用类比法研究电场,给出电势差的定义,最后讲电势差的应用——静电力做功的计算、电场中的功能关系。 导入新课:在对吊脚楼进行测量时,若测量起点改变,则吊脚楼上A点和B点的高度也相应改变,但A、B两点的高度差h是一定的。同样的道理,选择不同的位置作零电势点,电场中同一点的电势不同,但两点之间的电势之差不变。 思考并回答问题。 思考1:在某次雷暴中,地面和云层之间的电势差是 1.2×109 V。假设一个电子从云层运动到地面, 其电势能改变了多少? 思考2:等势面有什么特点? 提示 电子的电势能减少了1.2×109 eV。 提示 同一个等势面上,任何两点的电势都相等,在同一个等势面上移动电荷时,静电力不做功。 正确的打“√”,错误的打“×”。 (1)两点电势差的大小与在这两点间移动电荷的电荷量成反比,与静电力做功的大小成正比。 (　 　) (2)关于两点间的电势差有UAB=UBA。 (　 　) (3)电势差是标量,与零电势点的选取有关。 (　 　) (4)两个等势面不能相交。 (　 　) (5)电场线与等势面有时可以不垂直。 (　 　) 如图,公路边高台上有一幢高楼。如果以高台地面为参考面,这幢楼楼顶的高度是50 m,楼顶一个质量为1 kg的物体的重力势能为490 J;如果以路面为参考面,这幢楼楼顶的高度是60 m,此物体的重力势能则为588 J。可见,取不同位置为参考面,同一个物体在同一位置的重力势能不同。 1.若一个1 kg的物体从楼顶落到高台地面,重力做功是多少?在这个过程中,重力做功多少是跟初、末位置的高度有关,还是跟初、末位置的高度差有关? 2.什么是电势差?A、B之间的电势差与B、A之间的电势差是什么关系? 解答 重力做功W=mgΔh=1×9.8×50 J=490 J,由于W=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2=mgΔh,所以重力做功多少跟初、末位置的高度h1、h2无关,而是跟初、末位置的高度差Δh有关。 解答 在电场中,两点之间电势的差值叫作电势差。A、B之间的电势差UAB=φA-φB,B、A之间的电势差UBA=φB-φA,可见UAB=-UBA。 3.将电荷q在电场中从A点移动到B点,静电力做功是跟A、B的电势有关,还是跟A、B之间的电势差有关? 解答 静电力做功等于电势能的减少量,即W=EpA-EpB,又因为EpA=qφA,EpB=qφB,所以W=qφA-qφB=q(φA-φB)=qUAB,可见,静电力做功跟A、B两点的电势φA、φB无关,但跟A、B两点之间的电势差UAB有关。 电势差 (1)定义:电场中两点间　 　的差值叫作电势差,其绝对值叫　 　。  (2)公式:UAB=　 　。B、A两点之间的电势差UBA=φB-φA,所以UAB=　 　。  (3)电势差是　 　,但有正、负。电势差的正、负表示两点电势的　 　。当A点电势比B点电势高时,UAB为　 　值,UBA为　 　值。  (4)静电力做功与电势差的关系:UAB=  　。  当使用Ep=qφ、WAB=qUAB等完全由标量组成的公式时,应该把电荷的正负号代入公式计算。 应用1　电势和电势差的区别和联系 (改编)(多选)关于电势差UAB和电势φA、φB以及公式UAB=和WAB=qUAB的理解,下列说法正确的是 (　 　) A.电势与电势差均是相对量,均与零电势点的选取有关 B.若φB=0,则φA=UAB C.电场中A、B两点的电势差与两点间移动电荷的电荷量q成反比 D.WAB与q、UAB有关,与电荷移动的路径无关 解析 电势差与零电势点的选取无关,A项错误;由UAB=φA-φB知,若φB=0,则φA=UAB,B项正确;电场中A、B两点的电势差是由电场本身决定的,与移动电荷的电荷量q 以及WAB都无关,C项错误;由WAB=qUAB可知,WAB与q、UAB有关,与电荷移动的路径无关,D项正确。 电势与电势差的区别与联系 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 由电场和电场内两点的位置决定 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 描述电场的能的性质的物理量 应用2　电势差与电场力做功、电势、电势能的换算 把带电荷量为2×10-8 C的正点电荷从无限远处移到电场中的A点,要克服电场力做功8×10-6 J,若把该电荷从无限远处移到电场中的B点,须克服电场力做功2×10-6 J,取无穷远处电势为零。求: (1)A点的电势。 (2)A、B两点的电势差。 (3)把2×10-5 C的负电荷由A点移动到B点,电场力做的功。 解答 (1)无穷远处电势能为零,克服电场力做功,电势能增加,所以 A点的电势能EpA=8×10-6 J A点的电势φA===400 V 同理B点的电势φB= V=100 V。 (2)A、B两点的电势差UAB=φA-φB=300 V。 (3)电场力做的功WAB=q'UAB=-2×10-5×300 J=-6×10-3 J。 1.电势差与电场力做功、电势、电势能的关系 2.求静电力做功的四种方法 四种方法 表达式 注意问题 功的定义 W=Flcos θ=qElcos θ 适用于匀强电场 功能关系 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 W静电力+W其他力=ΔEk 在地图中,常用等高线来表示地势的高低。与此相似,在电场的图示中常用等势面来表示电势的高低。在电场中,电势相同的各点构成的面叫作等势面。 1.任一电荷在等势面上移动,电势能如何变化?电场力做功情况如何? 2.根据上面总结的电场力做功情况,证明电场线与等势面是垂直的。 解答 任一电荷在等势面上移动,电势能不变,电场力不做功。 解答 任一电荷在等势面上移动,电场力不做功,说明了电场力的方向与等势面垂直,即电场强度的方向与等势面垂直,也说明了电场线与等势面垂直。 等势面 (1)定义:电场中　 　的各点构成的面叫作等势面。  (2)等势面的特点 a.在等势面内任意两点间移动电荷,电场力　 　。  b.在空间中两等势面不　 　。  c.电场线总是和等势面　 　,且从电势较　 　的等势面指向电势较　 　的等势面。  应用1　典型电场等势面的分析 空间中P、Q两点处各固定一个点电荷,其中P点处为正电荷,P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示,a、b、c、d为电场中的四个点。则 (　 　) A.P、Q两点处的电荷等量同号 B.a点和b点的电场强度相同 C.c点的电势低于d点的电势 D.负电荷从a到c,电势能减少 解析 根据题图可知,该电场是等量异种点电荷的电场,A项错误;根据电场的对称性,a、b两点的电场强度大小相等,而方向不同,B项错误;c点所在等势面距离P点(正电荷)比d点所在等势面距离P点近,c点的电势较高,C项错误;负电荷从a到c,电场力做正功,所以电势能减少,D项正确。 (1)电场线与等势面的区别和联系 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该点电场强度的方向,疏密表示电场强度的大小 等势面的垂线方向为电场强度的方向,等差等势面的疏密表示电场强度的大小 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 (2)几种典型电场的等势面 电场 等势面(虚线)图样 重要描述 匀强电场 垂直于电场线的一簇平行等间距的平面 点电荷电场　 以点电荷为球心的一簇球面 等量异种点电荷的电场　　 点电荷的连线上,从正电荷到负电荷电势越来越低,中垂线是一条等势线(电势为零) 电场 等势面(虚线)图样 重要描述 等量同种点电荷的电场　　 等量正点电荷连线上,连线中点电势最低,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;等量负点电荷连线上,连线中点电势最高,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 应用2　运动轨迹与等势面的综合分析 (多选)电子在电场中仅在电场力的作用下运动时,由a点运动到b点的轨迹如图中虚线所示。图中一组平行等距实线可能是电场线,也可能是等势线,下列说法正确的是 (　 　) A.若图中实线是电场线,则a点的电势一定比b点的电势低 B.若图中实线是等势线,则电子在a点的速率一定大于在b点的速率 C.若电子在a点的速度较大,则图中实线是电场线 D.不论图中实线是电场线还是等势线,电子在a点 的电势能都比在b点的电势能小 (1)物体做曲线运动所受合外力与运动轨迹之间有何关系? (2)如何判断电场力是做正功还是做负功? 提示 (1)合外力一定指向运动轨迹的凹侧。(2) 一是看电场力方向与速度方向的夹角,二是看电势能变化。 解析 若图中实线是电场线,由电子轨迹的弯曲方向可知其所受电场力水平向右,即电场方向水平向左,根据沿电场线方向电势降低,易知a点的电势一定比b点的电势低,a点的动能一定比b点的动能小,A项正确。若图中实线是等势线,由电子轨迹的弯曲方向可知其所受电场力竖直向下,即电场方向竖直向上,易知电子的受力与速度方向夹角为钝角,电场力做负功,电子的动能减小,则电子在a点的速率一定大于在b点的速率,B项正确。根据上述分析可知,若电子在a点的速度较大,则图中实线是等势线,C项错误。根据Ep=qφ,若图中实线是电场线,由A项分析可知,电子在a点的电势能比在b点的电势能大;若图中实线是等势线,仅在电场力作用下,电子的动能和电势能之和保持不变,由B项分析可知,电子在a点的电势能比在b点的电势能小,D项错误。 解决这类问题的一般步骤: ①过P点作等势面的切线和法线。 ②过P点作轨迹的切线和法线。 ③根据轨迹的弯曲方向确定静电力的方向。 1.(任务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 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+200 V,由此可知,φC>φA>φB。 点评　本题是对物理观念的考查。电势差UAB是由A点的电势减去B点的电势。 2.(任务1) 对于电场中A、B两点,下列说法中正确的是 (　 　) A.电势差的定义式UAB=,说明两点间的电势差UAB与电场力做功WAB成正比,与移动电荷的电荷量q成反比 B.A、B两点间的电势差UAB与移动电荷的电荷量q无关 C.把负电荷从A点移到B点电场力做正功,则有UAB>0 D.电场中A、B两点间的电势差UAB等于把正电荷q从A点移动到B点时静电力做的功 解析 根据电势差的定义,电场中两点间的电势差等于将单位正电荷从一点移到另一点时静电力所做的功,仅由电场及两点的位置决定,与移动电荷的电荷量及做功的多少无关,B项正确。 点评　本题是对物理观念的考查。电势及电势差是从能量角度描述电场的物理量,由电场性质本身决定,与试探电荷无关,电势能则是电场与放入电场的电荷共同具有的能量,由电场与电荷共同决定。 3.(任务2)如图所示,虚线表示电场中的一簇等势面且相邻等势面电势差相等,一个带正电的粒子以一定的初速度进入电场后,只在静电力作用下沿实线轨迹运动,粒子先后通过M点和N点,由此可判断出 (　 　) A.N点的电势高于M点的电势 B.粒子在N点的电势能比在M点的电势能小 C.粒子在M点的速率小于在N点的速率 D.粒子在M点受到的静电力比在N点受到的静电力大 解析 粒子带正电,受到的静电力与电场强度方向相同,一定指向轨迹凹侧,且垂直于等势面指向电势降低一侧,所以从a到d电势逐渐降低,则N点的电势高于M点的电势,A项正确;根据Ep=qφ可知粒子在N点的电势能比在M点的电势能大,B项错误;根据能量守恒定律可知粒子在N点的动能比在M点的动能小,所以粒子在M点的速率大于在N点的速率,C项错误;等势线越密集的位置电场强度越大,所以粒子在M点受到的静电力比在N点受到的静电力小,D项错误。 4.(任务2)研究心脏电性质时发现,当兴奋在心肌中传播时,在人体的体表可以测出与之对应的电势变化。人体表面的瞬时电势分布图如图所示,该电势分布可等效为两等量点电荷周围的电势分布,图中实线为等差等势面,标注的数值分别表示不同等势面的电势,a、b、c、d为等势面上的点,a、b为两等效点电荷连线上对称的两点,c、d为两等效点电荷连线的中垂线上对称的两点,则 (　 　) A.c点的电势大于a点的电势 B.a、b两点的电场强度相同 C.将带负电的试探电荷从b点移到d点,电场力做负功 D.正电荷在c点的电势能小于在b点的电势能 解析 c点的电势等于零,a点的电势大于零,所以c点的电势小于a点的电势,A项错误;该电势分布图可等效为等量异种电荷产生的电势分布,a、b为两点电荷连线上对称的两点,根据等量异种电荷的电场的特点,可以判断这两个对称点的电场强度大小相等、方向相同,B项正确;根据Wbd=qUbd,因为q<0,Ubd<0,可得Wbd>0,所以电场力做正功,C项错误;正电荷在电势高的地方电势能大,所以正电荷在电势高的c点的电势能大于在电势低的b点的电势能,D项错误。 $