2019_2020版高中物理第一章静电场5电势差教案新人教版.docx

5电势差学科素养与目标要求物理观念：1.理解电势差的概念，知道电势差与电势零点的选取无关.2.掌握电势差的表达式UABAB及UAB.3.知道电势差的正、负号与电势高低之间的对应关系科学思维：1.通过类比电场强度、电势的定义方法，理解UAB的意义，知道电势差UAB与WAB、q无关.2.会应用公式UABAB及UAB进行计算，并在应用中培养逻辑推理能力一、电势差1定义：电场中两点间电势的差值，也叫电压2公式：电场中A点的电势为A，B点的电势为B，则UABAB，UBABA，UABUBA.3电势差是标量，有正负，电势差的正负表示电势的高低UAB0，表示A点电势比B点电势高4单位：在国际单位制中，电势差与电势的单位相同，均为伏特，符号是V.二、静电力做功与电势差的关系1公式：WABqUAB或UAB.2UAB在数值上等于单位正电荷由A点移到B点时静电力所做的功1判断下列说法的正误(1)电势差与电势一样，是相对量，都与零电势点的选取有关()(2)电势差是一个标量，但是有正值和负值之分()(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，电场力做功为1 J.()(4)将电荷量为q的电荷从A点移到B点与将q从B点移到A点电场力所做的功相同()2在某电场中，将一带电荷量为q2.0109 C的点电荷从a点移到b点，电场力做功W4.0107 J，则a、b两点间的电势差Uab为_V.答案200一、电势差电场中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？答案(1)UAC15 V，UAB10 V，UACUAB(2)A18 V，B8 V，C3 V，UAC15 V，UAB10 V电势的大小与零电势点的选取有关，电势差的大小与零电势点的选取无关对电势差的进一步理解(1)电势差反映了电场的能的性质，决定于电场本身，与试探电荷无关(2)电场中两点间的电势差与零电势点的选取无关例1(多选)关于电势差UAB和电势A、B的理解，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BUAB和UBA是不同的，它们存在关系：UABUBACA、B都有正负，所以电势是矢量D若B0，则AUAB答案BD解析电势差与零电势点的选取无关，A错；UABUBA，B正确；电势虽有正、负之分，但电势是标量，C错；由UABAB知，若B0，则AUAB，D正确例2在电场中A、B两点间的电势差UAB75 V，B、C两点间的电势差UBC200 V，则A、B、C三点的电势高低关系为()AABC BACAB DCBA答案C解析由UABAB知UAB75 V表示A比B高75 V，UBC200 V，表示C比B高200 V，所以三点电势高低为CAB，故选C.二、静电力做功与电势差的关系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，电荷的电势能变化了多少？(2)根据电场力做功与电势能变化的关系，求电场力对该电荷做的功答案(1)UABAB电势能的变化量为EpEpBEpAq(BA)(2)WABEpAEpBqAqBq(AB)qUAB1公式UAB或WABqUAB中符号的处理方法：把电荷q的电性和电势差U的正负代入进行运算，功为正，说明静电力做正功，电荷的电势能减小；功为负，说明静电力做负功，电荷的电势能增大2公式WABqUAB适用于任何电场，其中WAB仅是电场力做的功，不包括从A到B移动电荷时其他力所做的功3电势和电势差的比较概念比较内容电势电势差U区别定义电势能与电荷量的比值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UABAB，当B0时，UABA单位相同，国际单位制中均是伏特(V)标矢性都是标量，但均具有正负例3有一个带电荷量q3106 C的点电荷，从某电场中的A点移到B点，电荷克服静电力做6104 J的功，从B点移到C点，静电力对电荷做9104 J的功，问：(1)AB、BC、CA间电势差各为多少？(2)若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？答案见解析解析(1)解法一：先求电势差的绝对值，再判断正、负|UAB| V200 V，因负电荷从A移到B克服静电力做功，必是从高电势点移到低电势点，即AB，UAB200 V.|UBC| V300 V，因负电荷从B移到C静电力做正功，必是从低电势点移到高电势点，即BC，UBC300 V.UCAUCBUBAUBC(UAB)300 V200 V100 V.解法二：直接取代数值求电荷由A移到B克服静电力做功即静电力做负功，WAB6104 J，UAB V200 V.UBC V300 V.UCAUCBUBAUBC(UAB)300 V200 V100 V.(2)若B0，由UABAB，得AUAB200 V.由UBCBC，得CBUBC0(300) V300 V.电荷在A点的电势能EpAqA3106200 J6104 J.电荷在C点的电势能EpCqC3106300 J9104 J.学科素养此题通过练习使学生掌握电势差的定义式，以及静电力做功与电势差的关系，熟悉了计算时各量的符号规定，较好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养针对训练(2018人大附中期中)把带电荷量为2108 C的正点电荷从无限远处移到电场中A点，要克服电场力做功8106 J，若把该电荷从无限远处移动到电场中B点，需克服电场力做功2106 J，求：(1)A点的电势；(2)A、B两点的电势差；(3)把2108 C的负电荷由A点移到B点电场力做的功答案(1)400 V(2)300 V(3)6106 J解析(1)无限远处与A点间的电势差：UA V400 V，而UAA，又0，所以A400 V；(2)无限远处与B点间的电势差：UB V100 V，而UBB，又0，所以B100 V，则A、B两点的电势差为：UABAB300 V；(3)电场力做的功WqUAB2108300 J6106 J.1(电势差)下列说法正确的是()A电场中两点间电势的差值叫做电势差，也叫电压B电势差与电势一样，是相对量，与零电势点的选取有关CUAB表示B点与A点之间的电势差，即UABBADA、B两点的电势差是恒定的，不随零电势点的不同而改变，所以UABUBA答案A2(静电力做功与电势差的关系)(多选)对UAB和WABqUAB的理解，下列说法正确的是()A电场中A、B两点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两点移动不同的电荷，电场力做的功WAB和电荷量q成正比CUAB与q、WAB无关，与是否移动电荷也没有关系DWAB与q、UAB无关，与电荷移动的路径无关答案BC3(静电力做功的计算)如图1所示为某静电场等势面的分布，电荷量为1.6109 C的正点电荷从A经B、C到达D点，则从A至D，电场力对电荷做的功为()图1A4.8108 J B4.8108 JC8.0108 J D8.0108 J答案B解析UADAD40 V(10) V30 V.所以WADqUAD1.6109(30) J4.8108 J.4(电势差的计算)将一电荷量为3106 C的点电荷从电场中的A点移动到B点，克服电场力做了3105 J的功，再将该电荷从B点移动到C点，电场力做了1.2105 J的功，求：(1)AB间、BC间、AC间电势差各为多少？(2)从A点移到B点，再移到C点，电势能变化了多少？答案(1)10 V4 V6 V(2)增加了1.8105 J解析(1)A、B间的电势差：UAB V10 VB、C间的电势差：UBC V4 VUACUABUBC10 V(4 V)6 V；(2)电荷从A点移动到B点再从B点移动到C点的过程中，电场力做的功：WACWABWBC3105 J1.2105 J1.8105 J电场力做负功，电荷的电势能增加了1.8105 J.一、选择题考点一对电势差的理解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BA、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UAB0D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点时静电力做的功答案B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，故B正确2(多选)下列关于电场的描述，正确的是()A电场中某点电势的大小、正负与零电势点的选取有关B电场中某两点间的电势差与零电势点的选取有关C某点的电场强度大，则电势一定高D同一点电荷在电场中任意两点间移动时，只要静电力做的功相同，那么两点间的电势差一定相同答案AD考点二电势差与电场力做功的计算3图1中的平行直线表示一簇垂直于纸面的等势面一个电荷量为5.0108 C的点电荷，沿图中曲线从A点移到B点，电场力做的功为()图1A5.0107 J B5.0107 JC3.5106 J D3.5106 J答案B解析UABAB10 V，WABqUAB5.0107 J，B正确4在电场中将一带电荷量q1109 C的负电荷从B点移至A点时，克服电场力做功2106 J，将该电荷从A点移至C点，则需克服电场力做功3106 J，则BC间的电势差大小为()A5 000 V B3 000 VC2 000 V D1 000 V答案A解析电荷由B移到C，电场力做功为WBCWBAWAC2106 J3106 J5106 J由U得：UBC V5 000 V所以BC间的电势差大小为5 000 V.5(2018厦门一中高二月考)电场中有A、B两点，一个点电荷在A点的电势能为1.2108 J，在B点的电势能为8.0109 J已知A、B两点在同一条电场线上，如图2所示，该点电荷的电荷量大小为1.0109 C，那么()图2A该点电荷为负电荷B该点电荷为正电荷CA、B两点间的电势差UAB4.0 VD把该点电荷从A点移到B点，电场力做功为WAB4.0 J答案A解析点电荷在A点的电势能大于在B点的电势能，从A点移到B点电场力做正功，所以该点电荷一定为负电荷，且WABEpAEpB4.0109 J，故选项A正确，B、D错误；UAB4.0 V，故选项C错误6(多选)如图3所示，在a点由静止释放一个质量为m、电荷量大小为q的带电粒子，粒子到达b点时速度恰好为零，设a、b所在的电场线竖直向下，a、b间的高度差为h，则()图3A带电粒子带负电Ba、b两点间的电势差UabCb点场强大于a点场强Da点场强大于b点场强答案ABC考点三等势面、电势差与电场力的功7.(2018清华附中高二检测)在如图4所示的负点电荷产生的电场中，一检验电荷从A点分别移到B、C、D、E点(此四点在以场源电荷为圆心的圆周上)，则下列情况正确的是()图4A从A到B电场力做功最多B从A到E电场力做功最多C电场力做功一样多DA点比D点电势高答案C解析B、C、D、E在同一等势面上，所以UABUACUADUAE，由WqU知做功一样多，A、B错误，C正确；在Q的电场中，D点比A点离场源电荷远，所以D点的电势比A点高，D错误8.(多选)如图5所示，在Q形成的电场中，有a、b、c三点，它们到点电荷的距离分别为ra、rb、rc且rarba，同一负电荷在电势低处电势能大，C错误；因UabUbc，所以WabWbc，D正确9(2017泰州中学期中)如图6所示，在两等量异种点电荷的电场中，MN为两电荷连线的中垂线，a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线，且a与c关于MN对称，b点位于MN上，d点位于两电荷的连线上，以下判断正确的是()图6Ab点场强大于d点场强Bb点电势高于d点电势C试探电荷q在a点的电势能小于在c点的电势能Da、b两点的电势差等于b、c两点间的电势差答案D解析在两等量异种电荷的连线上，中间点电场强度最小；在两等量异种电荷连线的中垂线上，中间点电场强度最大，所以b点场强小于d点场强，A错误；等量异种电荷连线的中垂线是一条等势线，与在两等量异种电荷连线上的点相比较，d点的电势要高，所以d点电势高于b点电势，B错误；因a点的电势高于c点的电势，故试探电荷q在a点的电势能大于在c点的电势能，C错误；由对称性可知，a、b两点的电势差等于b、c两点间的电势差，D正确10.(2018张家口市期末)如图7所示，A、B、C是点电荷Q形成的电场中的点，BC是以O为圆心的一段圆弧UAB5 V，正电荷q沿ABC移动，则()图7A点电荷Q带正电B沿BC运动时电场力做正功CB点的电场强度与C点的相同Dq在A点时具有的电势能比在C点时的大答案D解析根据A、B两点的电势差为5 V，可知电场方向沿AB方向，可知Q为负电荷，故A错误；BC为等势面，故沿BC运动时电场力不做功，故B错误；根据点电荷的电场强度公式E，可知B、C两点的电场强度大小相等，但方向不同，故C错误；根据A、B两点的电势差为5 V，且q为正电荷，故在A点时具有的电势能比在B点时的大，而B、C电势相等，则在A点时具有的电势能比在C点时的大，故D正确11.(2018昆明市校级联考)如图8所示，虚线表示等势面，相邻两等势面间的电势差相等，有一电子在该电场中运动，实线表示该电子的运动轨迹，电子在a点的动能等于28 eV，运动到b点时的动能等于4 eV，若取c点为零电势点，当这个电子的电势能等于6 eV时，它的动能等于()图8A16 eV B18 eVC6 eV D8 eV答案B解析电子自a点运动到b时，电场力做负功：WabeUab4 eV28 eV24 eV，得Uab24 V由于相邻两等势面的电势差相等，故电势差的大小关系有：Uab3Ubc，Ubc8 V从b到c电场力做正功，WbceUbc根据动能定理有：WbcEkcEkb联立得Ekc12 eV.由于只有电场力做功，电势能和动能之和保持不变，故在c点：EEpcEkc12 eV即电势能和动能之和为12 eV，因此当电势能等于6 eV时动能为18 eV，故A、C、D错误，B正确