高中物理 第2章第3节 电势差课件 鲁科版选修31.ppt

第3节电势差 温故知新 答案 b 精彩回眸 2 实线为水平向右的匀强电场的电场线 一带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹如图2 3 1中虚线所示 a b为轨迹上的两个点 下列正确的是 a 粒子带正电b 粒子在a点的电势能大于b点的电势能c 粒子在a点的电势能小于b点的电势能d 从a点到b点 电场力先做正功后做负功答案 c 图2 1 1 一 电势差的概念1 定义 电场中两点间 的差值 2 电场中两点间的电势差与零电势点的选择 3 公式uab a b uba 可见uab 4 电势差是 可以是正值 也可以是负值 也叫 5 电势差的国际单位是 符号是 新知梳理 电势 b a 无关 uba 标量 电位差 伏特 v 二 电场力做功与电势差的关系1 wab quab 知道了电场中两点的 就可以计算在这两点间移动电荷时电场力做的功 而不必考虑电场力的大小和方向以及电荷移动的 三 电势差与电场强度的关系式如图2 3 2所示 在匀强电场中 电荷q从a点移动到b点 电势差 路径 1 电场力做功wab与uab的关系为 2 由f qe wab fd 3 对比两种计算结果 得 4 公式uab ed的适用条件是 e是 d是沿 方向的距离 图2 3 2 wab quab qed uab ed 的场强 电场线 匀强电场 四 从电势差的角度理解电场强度1 由公式uab ed得e 2 公式适用于 中电场强度的计算 3 在匀强电场中 电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿 方向距离的比值 4 电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的 五 示波器的工作原理1 示波器是一种常用的观测 的仪器 它可以用来测量电信号的 等参数 匀强电场 电场线 电势差 电信号波形 周期 频率 电压 e e 2 对于阴极射线管示波器来说 若只给竖直偏转板加变化的电压 我们会观察到一条 亮线 若只给水平偏转板加变化的电压 我们会观察到一条 亮线 3 通常要研究的信号电压要加在 偏转板上 水平偏转板所加电压要与信号电压具有相同的 该电压我们称为 竖直 水平 竖直 周期 扫描电压 合作探究 1 电势差 1 电势差 电场中两点间电势的差值叫做电势差 也叫电压 2 公式 uab a b uba b a uab uba 3 电势差是标量 但电势差有正 负 电势差的正 负表示电场中两点电势的高低 如uab 6v 表示a点的电势比b点的电势低6v 电势差与电场力做功有怎样的关系 温馨提示 1 电场中两点的电势差 由电场本身的初末位置决定 在确定的电场中 即使不放入电荷 任何两点间的电势差都有确定的值 2 讲到电势差时 必须明确所指的是哪两点的电势差 a b间的电势差记为uab 而b a间的电势差记为uba 且uab uba 思维拓展 电势与电势差的比较 2 电势差与电场力做功的关系推导 结论 电场力做功与路径无关 只与初 末位置的电势差有关 1 下列说法正确的是 a a b两点的电势差等于将正电荷从a点移到b点时电场力所做的功b 电势差是一个标量 但是有正值和负值之分c 由于电场力做功跟移动电荷的路径无关 所以电势差也跟移动电荷的路径无关 只跟这两点的位置有关d a b两点的电势差是恒定的 不随零电势面的不同而改变 所以uab uba 解题流程 答案 bc 1 匀强电场中电场强度与电势差的关系 电场强度与电势差有怎样的关系 图2 3 3 推导 如图2 3 3所示的匀强电场中 把一点电荷q从a移到b 电场力做功为w quab 且与路径无关 由于是匀强电场 电荷所受电场力为恒力 假设电荷是由a沿直线到达b 则做功w 结论 1 匀强电场中 电场强度等于沿场强方向单位距离上的电势差 3 国际单位 伏 特 每米 v m 2 电场强度的三个公式对比 图2 3 4 解题流程 答案 5 102v m 1 示波管的构造示波器的核心部件是示波管 示波管的原理图如图2 3 5所示 可将示波管的结构大致分为三部分 电子枪 偏转电极和荧光屏 示波器的工作原理 图2 3 5 2 示波管的工作原理 1 偏转电极不加电压 从电子枪射出的电子将沿直线运动 射到荧光屏的中心点形成一个亮斑 温馨提示 1 在加速电压u1一定的情况下 亮斑的偏移量y 与偏转电压u2成正比 即y u2 图2 3 6 2 y 也可由以下方法确定 3 示波管实际工作时 竖直偏转板和水平偏转板都加上电压 一般地 加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压 加在水平偏转板上的电压是扫描电压 若两者周期相同 在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图 a 增大两板间的电势差u2b 尽可能使板长l短些c 尽可能使板间距离d小一些d 使加速电压u1升高一些 图2 3 7 解题流程 答案 c 典例精析 例1 两块相同的金属板a b水平平行放置 两板相距30cm a b板分别跟电源的正 负极相连 电源电压为60v 如图2 3 8所示 求 1 两板间电场的场强大小和方向 2 若a板接地 则b板的电势多大 电势差 电势 场强的关系 图2 3 8 3 若c点离a板10cm d点离b板15cm 则c d两点间的电势差是多少 思路点拨 两块平行带电金属板间的电场是匀强电场 电场中某点电势的正负由零电势点的选取及电场的方向决定 解析 两平行的金属板a b之间的电场是匀强电场 由于a b分别接电源的正 负极 所以a板带正电 b板带负电 2 因为 a b u 60v a板接地 a 0 所以 b 60v 3 ucd e d d 为沿场强方向c d两点间的距离 ucd 200 0 3 0 1 0 15 v 10v 答案 1 200v m 竖直向下 2 60v 3 10v反思领悟 对于类似概念辨析的题目 只有熟练掌握物理量的意义 才能做到灵活应用 关于匀强电场中场强和电势差的关系 下列说法正确的是 a 任意两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积b 沿电场线方向任意相同距离上的电势差必相等c 电势降低的方向一定是场强方向d 在相同距离的两点上 电势差大的其场强也必定大 答案 b 例2 把负电荷q 5 10 5c从无穷远处移到电场中的a点 需克服电场力做功1 0 10 6j 再将其从a点移到b点 电场力对电荷做4 10 6j的功 试求a点与无穷远处的电势差和a b两点间的电势差 解析 由题意知q 5 10 5c设无穷远点为owao 1 0 10 6j wab 4 10 6j 电场力做功和电势差关系的应用 答案 2 10 2v 8 10 2v 反思领悟 用电场力做功与电势差的关系计算电场力做功时 既可以带着下标运算 也可以先判断电场力是做正功还是负功 然后用w qu计算功的多少 值得注意的是 直接计算功的正 负时 各量的下标必须一致 所以电势差的正 负值不能搞错 如图2 3 9所示 电场中a b两点电势差为30v 一个电荷量为5 10 8c的正点电荷由a运动到b 电场力对点电荷做了多少功 b c两点间的电势差大小为15v 该点电荷从b运动到c 电场力对点电荷做了多少功 图2 3 9 解析 方法一 根据电场力做功与电势差的关系得 wab quab 5 10 8 30j 1 5 10 6j wbc qubc 5 10 8 15 j 7 5 10 7j 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 所以电场力做正功 其大小w1 qu1 1 5 10 6j 正点电荷从b运动到c时 是逆着电场线方向移动的 所以电场力做负功 其大小w2 qu2 7 5 10 7j 答案 1 5 10 6j 7 5 10 7j 例3 如图2 3 10所示 a b c d是匀强电场中一正方形的四个顶点 已知a b c三点的电势分别是 a 15v b 3v c 3v 由此可以推断d点电势 d是多少伏 作图法求匀强电场中的电势 思路点拨 运用等势面跟电场线垂直 匀强电场的等势线和电场线都是等间距的平行的直线 可以先选取一条直线 在直线上找出与a b c d四 图2 3 10 点对应电势相等的点 由此确定与d点等势的电势 从而确定d点的电势 解析 根据a b c三点电势的特点 连接ac并在ac连线上取m n两点 使am mn nc 如图所示 尽管ac不一定是场强方向 但可以肯定am mn nc在场强方向上的投影长度相等 由u ed可知 uam umn unc 由此可知 n 3v m 9v b n两点在同一等势线上 根据几何知识不难证明md平行于bn即md也为等势线所以 d m 9v 答案 9v反思领悟 匀强电场中 沿某一确定方向上单位长度的电势降落是相同的 掌握这一规律是正确确定等势点寻找等势面 并进一步确定场强的大小和方向的关键 如图2 3 11所示 虚线方框内为一匀强电场 a b c为电场中的三个点 已知 a 12v b 6v c 6v 试在该方框中作出该电场的示意图 即画出几条电场线 并要求保留作图时所用的辅助线 用虚线表示 若将一个电子从a点移到b点 电场力做多少电子伏的功 图2 3 11 解析 因 b 6v c 6v 根据匀强电场的特点 在bc连线的中点处d的电势必为零 同理 把ac线段等分成三份 在分点f处的电势也必为零 连接df即得该匀强电场中的一条等势线 可以画出电场中的电场线 如图中的实线所示 将一电子从a移到b 电场力做功为w e uab e 12 6 v 6ev 答案 见解析图 6ev 例4 一束电子流在经u 5000v的加速电压加速后 在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场 如图2 3 12所示 若两极板间距离d 1 0cm 板长l 5 0cm 那么 要使电子能从平行板间飞出 两个极板上最大能加多大电压 带电粒子在电场中的运动 图2 3 12 思路点拨 本题主要考查带电粒子在电场中的偏转 在加速电压一定时 偏转电压u 越大 电子在极板间的偏距就越大 当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出时 两极板间的偏转电压即为题目要求的最大电压 答案 400v 反思领悟 这类问题是运动学 动力学 静电学知识综合题 处理好此类问题的关键是区分不同的物理过程 弄清不同物理过程中的物体受力情况及运动性质 应用的物理规律和方法常有运动的合成与分解 动能定理和能量守恒等 如图2 3 13所示 带电粒子以平行于极板的速度从左侧中央射入匀强电场 恰好能从右侧擦极板边缘射出电场 不计粒子的重力 如果粒子的动能变为原来的2倍 要使它们仍能擦极板边缘射出 则可以采取的措施有 a 将极板的长度变为原来的2倍 图2 3 13 c 将两极板之间的电压变为原来的2倍d 以上措施均不对 b 将两极板间的距离变为原来的 答案 c 电场力做功的求法1 利用功的定义求解在匀强电场中 wab qe d 其中d为电荷沿电场线方向的位移 2 利用电场力做功与电势能变化量的关系求解wab epa epb ep 3 利用电势