湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 1.5电势差教学案 新人教版选修31.doc

1.5电势差【教学目标】1. 理解电势差的概念；2. 会计算点电荷在电场力作用下，从电场中一点移动到另一点时电场力所做的功；3. 知道电势和电势差的关系；【教学重点】 电势差的概念，电势能的改变与电场力做功的关系，电功计算。【教学难点】电势差的定义（比值）及“在电场中电场力对电荷做功引起电荷的电势能的减少”的认识。【自主预习】 1、电势差：（又叫电压）（1）定义： （2）定义式： （3）单位： 符号： 电势的正负表示比零电势 或 。当取无穷远处为零电势时：正点电荷的电场中各点电势都 零，负点电荷的电场中各点电势都 零。2. 电荷在电场中移动时：若电场力做正功，则电荷的电势能 ；若电场力做负功，则电荷的电势能 。（电场力做功跟电势能变化的关系与重力做功跟重力势能变化的关系相似）也就是说电荷q从a移到b时，电场力做功wab等于电荷在a、b两点时的电势能之差。即wab= 。3 由此可见在电场中移动电荷时，电场力做的功只与电荷的 位置有关，而与电荷运动的具体 无关。（这跟重力做功的特征相似）本节得到的电场力做功公式wab= q uab使我们计算电场力做功像计算重力做功一样简单方便。【要点难点突破】 一、电势差定义式uabwab/q的理解1uab中，wab为q从初位置a运动到末位置b时静电力做的功，计算时w与u的角标要对应，即wabquab，wbaquba.2uab中，各量均可带正负号运算但代表的意义不同wab的正、负号表示正、负功；q的正、负号表示电性，uab的正、负号反映a、b的高低3公式uab不能认为uab与wab成正比，与q成反比，只是可以利用wab、q来测量a、b两点电势差uab，uab由电场和a、b两点的位置决定4wabquab，适用于任何电场静电力做的功wab与移动电荷q的路径无关只与初、末位置的电势差有关二、有静电力做功时的功能关系1只有静电力做功只发生电势能和动能之间的相互转化，电势能和动能之和保持不变，它们之间的大小关系为：w电e电ek.2只有静电力和重力做功只发生电势能、重力势能和动能之间的相互转化，电势能、重力势能、动能三者之和保持不变，功和能的大小关系为：w电wg(e电ep)ek.3多个力做功多种形式的能量参与转化，要根据不同力做功和不同形式能转化的对应关系分析，总功等于动能的变化，其关系为：w电w其他ek.4静电力做功的计算方法有三种：(1)在匀强电场中，wflcos qelcos ，是e、l方向的夹角(2)wabquab既适用于匀强电场，又适用于非匀强电场(3)由静电场的功能关系也可确定静电力做功.三.描述电势差的两个公式uab和uabab的区别是什么？电场具有多种属性，我们可以从不同角度描述电场的属性，公式uab是从静电力做功的角度，而uabab是从电势出发来定义电势差uab中，wab为q从初位置a移动到末位置b静电力做的功，wab可为正值，也可为负值；q为电荷所带电荷量，正电荷取正值，负电荷取负值由uab可以看出，uab在数值上等于单位正电荷由a移到b点时静电力所做的功wab，若静电力对单位正电荷做正功，uab为正值；若静电力对单位正电荷做负功，则uab为负值.四.电势差和电势的区别与联系是什么？电势电势差uabab区别(1)(电场中某点的)电势与零电势点的选取有关(一般取无限远处或地球表面的电势为零电势)(2)电势由电场本身决定，反映电场的能的性质(3)相对量(4)标量，可正可负，正负号相对零电势面而言(1)(电场中两点间的)电势差与零电势点的选取无关(2)电势差由电场和这两点间的位置决定(3)绝对量(4)标量，可正可负，正负号反映了a、b的高低联系(1)电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差(2)电势与电势差的单位相同，皆为伏特(v)【典型例题】一、电势差概念的理解【例1】 下列说法正确的是()aa、b两点的电势差，等于将正电荷从a点移到b点时静电力所做的功b电势差是一个标量，但是有正值或负值之分c由于静电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da、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uabuba二、电势差公式的应用【例2】 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，求a、c两点的电势差并说明a、c两点哪点的电势较高【例3】 在电场中把一个电量为2109c的正电荷从电场中的a点移到b点，电场力做功1.5107j，再把这个电荷从b点移到c点，电场力做功-4107j，（注意各物理量用正负值代入。）(1)a、b、c三点中哪点电势高？哪点电势低？（2）a、b间，b、c间， c、a间的电势差各是多少？（3）把-1.5109c的电荷从a点移到c点，电场力做功是多少？三、电场中电场强度、电势、电势差、等势面之间的关系【例4】如图所示，实线为电场线，虚线为等势线，且abbc，电场中的a、b、c三点的场强分别为ea、eb、ec，电势分别为a、b、c，ab、bc间的电势差分别为uab、ubc，则下列关系中正确的是()aabcbecebea cuabb.电势差大小uab v200 v电势高低：ab200 v负电荷从b移至c，静电力做正功，可见负电荷从电势低处移至电势高处：bbc，a正确；由电场线的密集程度可看出电场强度大小关系为ecebea，b对；电场线密集的地方电势降落较快，故ubcuab，c对，d错课后练习答案：1.答案b2.答案b解析根据动能定理wek，其中可认为有两个力做功，静电力和其他力，即：w其它w电ek，其中w电qu，代入数据即得b选项正确3. 答案c4.答案c解析在地球产生的引力场中的重力加速度g，与电场类比知e，选项c正确5.答案b 6. 答案abd解析由等势面的特点及电荷运动的轨迹可判断电荷所受静电力的方向与等势面垂直向下，即电场的方向垂直等势面向下，则abc，故a正确；电荷在三个等势面上的电势能epaepbepc，故b正确；因为动能与电势能之和不变，所以动能ekaekb0；带正电的粒子从a到d静电力不做功，从d到d静电力做正功，其电势能是减小的，而带负电的粒子从a到d静电力不做功，从d到d静电力做负功，其电势能是增大的；静电力做功与路径无关，与初、末状态的位置有关，综上所述，b、d选项正确8. 答案c解析等势面3的电势为零，则该电荷在此位置的电势能也为零由于两相邻等势面的电势差相等，又知ekaekb，则a点的电势能可表示为2qu(u为相邻两等势面的电势差)，b点的电势能可表示为qu.由于总的能量守恒，则有：eka(2qu)ekbqu即262qu5qu，解得qu7 ev则总能量为7 ev5 ev12 ev当电势能为8 ev时，动能ek12 ev(8) ev20 ev.9. 答案(1)2102 n/c，方向沿电场线方向斜向下(2)2 v1 v1 ev解析(1)根据题意，ab间的电势差uab v2 vab间沿电场线方向上的位移为d1 cm所以场强e2102 n/ca点电势低于b点电势，所以电场强度方向斜向下已知ab间电势为2 v，如果已知b点电势为1 v，所以a点电势为1 v，电子处于b点时