2014年秋新学期高二物理教学课件：第1章第5节《电势差》（人教版选修3-1）

第5节电势差 静电场 在高压电线杆上经常可以看到 高压危险 的警示牌 媒体上也经常见到一些由于高压造成的伤亡事件 人体所能承受的安全电压只有36V 可是户外的高压线电压高达几万甚至几十万伏 而落在高压线上的小鸟却安然无恙 你能解释这个现象吗 小鸟两脚间的电势差很小 1 电场中两点间电势的 叫做电势差 电场中的各点电势的大小与零势点的选取 但电场中两点的电势差与零势点的选取 2 电势与电势差都是反映电场中 的物理量 答案 1 差值有关无关2 能的性质 3 电势与电势差都是 量 数值都有正负 单位相同 4 电场中两点的电势差公式 UAB UBA5 电势差UAB与静电力的功WAB的关系式UAB 答案 一 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 3 对电势差的三点理解 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 两位置 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 3 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 说明B点的电势比A点的电势高6V 4 电势与电势差的比较 在右图中 某电场的等势面用实线表示 各等势面的电势分别为10V 6V和 2V 则UAB UBC UCA 解析 在题图中 A B两点在同一等势面上 答案 012V 12V 变式迁移 1 在电场中A B两点间电势差为UAB 75V B C两点间电势差UBC 200V 则A B C三点的电势高低关系为 解析 答案 C 1 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 2 公式不能认为UAB与WAB成正比 与q成反比 只是可以利用WAB q来测量A B两点的电势差UAB 3 由UAB WAB q可以看出 UAB在数值上等于单位正电荷由A点移到B点时电场力所做的功WAB 若单位正电荷做正功 UAB为正值 若单位正电荷做负功 则UAB为负值 4 公式WAB qUAB适用于任何电场 UAB为电场中A B两点间的电势差 WAB仅是电场力的功 不包括从A到B移动电荷时 可能还有其他力做的功 式中各量均有正 负 计算中W与U的角标要对应 即 WAB qUAB WBA qUBA 带电荷量为 3 10 6C的粒子先后经过电场中的A B两点 克服电场力做功6 10 4J 已知B点电势为50V 则 1 A B两点间的电势差UAB 2 A点的电势A 3 电势能的变化 Ep 4 把电荷量为 3 10 6C的电荷放在A点的电势能EpA 解析 1 根据W qU 则A B间的电势差负号表示A点电势低于B点电势 3 由于是克服电场力做功 电势能一定增加 且数量相同 即 Ep WAB 6 10 4J 4 根据电势 则EpA qA 3 10 6 150 J 4 5 10 4J答案 1 200V 2 150V 3 6 10 4J 4 4 5 10 4V 点评 此题牵涉到的电学概念较多 包括电势差 电势 电势能 电场力做的功等 在应用它们的关系时 有两点要注意 1 不论是正电荷还是负电荷 只要是电场力做正功 电势能一定减少 只要是克服电场力做功 电势能一定增加 2 计算电势能一般用代数乘法Ep q 计算时代入q的正负及的正负 确定出Ep的正负 即可比较大小 变式迁移 2 如右图所示 回答以下问题 1 A B哪点的电势比较高 负电荷在哪点的电势能比较大 2 负电荷由B移动到A时 静电力做正功还是负功 3 A B两点的电势差UAB是正的还是负的 UBA呢 解析 1 因为沿电场线方向电势降低 故B点电势比A点高 负电荷在电势低的点电势能大 故负电荷在A点的电势能大 2 负电荷在电场中受力方向与场强方向相反 故负电荷由B到A过程中 静电力做负功 答案 1 B A 2 负功 3 UAB是负的 UBA是正的 三 电场力做功与功能关系原理电场力做功的多少与电荷电势能改变量的大小相等 它们的关系是 W Ep 即 1 电场力做了多少正功 电荷的电势能就减少多少 2 电场力做了多少负功 电荷的电势能就增加多少 如图所示为一负点电荷Q产生的电场中的A B两点 两点间的电势差为150V 现有电荷量为7 10 6C的电荷从B沿直线移到A 它的电势能变化多少 如果电荷从B沿图中曲线移到A 则它的电势能又变化多少 试比较A B两点的电势高低 场强大小 解析 由于电场力做功只与始 末位置有关 与运动路径无关 因此无论把电荷从B沿直线移到A 还是从B沿曲线移到A 电场力做的功均等于WBA qUBA 7 10 6 150J 1 05 10 3J 根据电场力做功和电势能变化的关系知 把电荷从B移至A 无论沿直线还是沿曲线 电场力做了1 05 10 3J的正功 所以电荷的电势能均减少了1 05 10 3J 根据负电荷产生电场的电场线分布情况知 越靠近负电荷场强越大 故场强EA EB 因负电荷产生电场的电场线指向负电荷 而沿着电场线的方向电势越来越低 故可判断出电势 答案 减少了1 05 10 3J 减少了1 05 10 3J EA EB 变式迁移 3 如图所示 虚线表示等势面 相邻两等势面间的电势差相等 有一带正电的小球在该电场中运动 不计小球所受的重力和空气阻力 实线表示该带正电的小球的运动轨迹 小球在a点的动能等于20eV 运动到b点时的动能等于2eV 若取c点为零电势点 则这个带电小球的电势能等于 6eV时 它的动能等于 A 16eVB 14eVC 6eVD 4eV 解析 设相邻两等势面间的电势差为U 小球的电荷量为q 小球从a到b和从b到c分别根据动能定理得 q 3U Ekb Eka qU Ekc Ekb解得因为c点为零电势 所以小球在c点时的电势能Ec q c 0 小球在电场中运动时 只有电场力做功 因此有W电 Ek 同时 W电 Ep