2019-2020学年高中物理 第1章 电场 第4节 电势和电势差课件 粤教版选修3-1

第四节电势和电势差 1 如图所示为某一负点电荷的电场线 a b为电场线上的两点 一电子以某一速度沿电场线由a运动到b的过程中 速度增加 由此可知该电场线的方向为 电子所受的电场力的大小变化为 选填 增大 减小 或 不变 由b指向a 减小 答案 d 解析 电场线不相交 否则相交点处的电场就有两个方向 这是不可能的 故a b错误 电场线从正电荷发出 回到负电荷 故c错误 d正确 一 电势差1 电场力做功的特点如图在电场中将电荷q从a点移到b点 沿 不同的路径 电场力做功相同 说明电场力做功与 无关 只与 有关 路径 始末位置 2 电场力做功与电势能的关系电场力所做的功等于电势能的减少量 用公式表示为 3 电势差 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 电势差的单位是 符号是v wab epa epb 电势 无关 b a uba 标量 电压 伏特 二 电势1 定义 从电场中的某点a移到参考点p时 做的功 就表示a点的 符号为 则 p 2 公式和单位 电势的定义公式 a 单位是 符号是 3 相对性 电场中某点的电势与参考点有关 常取离场源电荷无限远处电势为零 也可取大地的电势为零 电场线指向电势 的方向 电势是 可以是正值 也可以是负值 只有大小 没有方向 把单位正电荷 电场力 电势 0 伏特 v 降低 标量 三 等势面1 定义 电场中 相同的各点构成的面 2 等势面 是为了形象描述电场而引入的 如图所示 电势 高压线附近常见到 高压危险 的警示牌 人能承受的最大安全电压为36v 一般的输电电压高达上万甚至几十万伏 可我们经常见到小鸟在高压线上停留而没有出现险情 想一想这是为什么 答案 小鸟两脚之间的电势差很小 电势差的理解与计算 3 静电力做的功与电势能变化的关系 1 功是能量转化的量度 2 静电力做的功等于电势能变化的负值 wab epab epb epa epa epb 即 静电力做了多少正功 电势能就减少多少 静电力做了多少负功 电势能就增加多少 3 电势能的大小 wab epa epb 若规定在b点电势能为0 epb 0 则epa wab q a 即电荷在电场中某点电势能的大小 等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功 说明 wab epa epb既适用于匀强电场 也适用于非匀强电场 既适用于正电荷 也适用于负电荷 电荷在电场中某点电势能的大小与零电势点的选取有关 有相对性 但电荷在某两点之间的电势能之差与零电势点的选取无关 具有绝对性 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上的电势能规定为零 静电力做的功只能决定电势能的变化量 而不能决定电荷的电势能的具体数值 例1有一个带电荷量q 3 10 6c的点电荷 从某电场中的a点移到b点 电荷克服静电力做6 10 4j的功 从b点移到c点 静电力对电荷做9 10 4j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 答案 100vc点的电势较高 题后反思电场中两点的电势差uab a b 若uab 0 说明 a b 反之则有 a b 电场力做功时 可连同符号代入w uq进行计算 得出的正 负号就表示正 负功 1 2019 衡阳名校期末 如图所示 在平行金属带电极板mn电场中 将电荷量为 4 10 6c的点电荷从a点移到m板 电场力做负功8 10 4j 把该点电荷从a点移到n板 电场力做正功4 10 4j n板接地 设地面为零势面 求 1 a点的电势 a的大小 2 umn的大小 3 m板的电势 m 1 电势的相对性 1 电势是相对的 只有先确定了零电势点的位置 才能确定其他点的电势 2 电场中某点的电势跟零电势点的选择有关 3 实际问题中 常选取无限远处电势为零 或取大地电势为零 电势 3 电势的标矢性 1 电势是标量 只有大小 没有方向 2 电势有正 负 正值表示该点电势比零电势高 负值表示该点电势比零电势低 3 当规定了无限远处为零电势时 正电荷产生的电场中各点的电势均为正值 且越靠近正电荷的地方电势越高 负电荷形成的电场则相反 4 电势和电势能的区别与联系 5 电势和电势差的区别与联系 特别提醒 1 uab uba 书写电势差应标清角标符号 2 电势差的正负既不代表电势差的大小 也不能代表方向 只能区分电场中两点电势的高低 例2 2015 江苏卷 两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图所示 c是两负电荷连线的中点 d点在正电荷的正上方 c d到正电荷的距离相等 则 a a点的电场强度比b点的大b a点的电势比b点的高c c点的电场强度比d点的大d c点的电势比d点的低 解析 电场线越密的地方电场越强 故选项a正确 a点离负电荷近 b点离正电荷近 故b点电势高于a点电势 即选项b错误 假设拿走两个负电荷而只留下正电荷 由于c d两点到正电荷的距离相等 则c d两点的电场强度大小相等 而若只考虑两个等量负电荷在c d两点的影响时 c点电场强度为零 d点在这两个负电荷的垂直平分线上 考虑电场的叠加 c点的电场仅相当于正电荷产生的电场 而d点的电场是这两部分的叠加 正电荷在d点的电场向上 两负电荷在d点的电场向下 两者的合场强必小于c点的场强 故选项c正确 正电荷在c d两点产生的电势相同 但两个负电荷在d点的电势高于c点的电势 电势是标量 c d两点的总电势d点的电势高于c点的电势 故选项d正确 答案 acd 题后反思抓住电场线的疏密和方向 从而判定场强的大小和电势的高低 2 2017 丰台质检 如图所示 在正点电荷形成的电场中有a b c三点 它们到该点电荷的距离分别为ra rb和rc 且ra a cd a b c 答案 d 解析 正电荷的电场中电场线从正电荷出发到无穷远处终止 因为ra b c 故a b c错误 d正确 1 特点 1 在同一等势面上任意两点间移动电荷时 电场力不做功 2 在空间没有电荷的地方两等势面不相交 等势面 3 电场线总是和等势面垂直 且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面 等势面可以是封闭的 也可以是不封闭的 4 在电场线密集的地方 等差等势面密集 在电场线稀疏的地方 等差等势面稀疏 5 等势面是虚拟的 为描述电场的性质而假想的面 2 应用 1 由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差别 2 由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功的情况 3 由于等势面和电场线垂直 已知等势面的形状分布 可以绘制电场线 从而确定电场大体分布 4 由等差等势面的疏密 可以定性地比较某点场强的大小 3 几种常见电场的等势面 1 点电荷电场 等势面是以点电荷为球心的一簇球面 越向外越稀疏 如图甲所示 2 等量异种点电荷的电场 是两簇对称曲面 两点电荷连线的中垂面是一个等势面 如图乙所示 在从正电荷到负电荷的连线上电势逐渐降低 a a 在中垂线上 b b 3 等量同种点电荷的电场 是两簇对称曲面 如图丙所示 在aa 线上o点电势最低 在中垂线上o点电势最高 向两侧电势逐渐降低 a a 和b b 对称等势 4 匀强电场 等势面与电场线垂直 间隔相等 相互平行的一簇平面 如图丁所示 例3如图所示 虚线圆是某静电场中的等势面 其电势分别为 a b和 c 一带正电粒子射入电场中 其运动轨迹如实线klmn所示 由图可知 解析 由粒子运动轨迹可知 该电场是正电荷形成的电场 带正电的粒子射入电场中时 受斥力作用 在靠近场源电荷的过程中 电场力做负功 动能减少 电势能增加 在远离场源电荷的过程中 电场力做正功 动能增加 电势能减少 粒子由k到l的过程中 由低电势到高电势处 电场力做负功 动能减少 电势能增加 故a c正确 粒子由l到m的过程中 由高电势向低电势处移动 电场力做正功 动能增加 电势能减少 故b d项错 答案 ac 题后反思如果电荷在电场中只受电场力作用 其动能与电势能之和不变 若电荷由电场中的某一个等势面出发 在电场中运动一段时间后又到达该等势面上的另一点 此过程中电场力所做总功为零 两状态的电势能相等 由此也可判断电荷动能的变化 例4 2017 河北二模 如图所示 m n两点分别放置两个等量异种电荷 a是它们连线的中点 b为连线上靠近n的一点 c为连线中垂线上处于a点上方的一点 在a b c三点中 a 场强最小的点是a点 电势最高的点是b点b 场强最小的点是a点 电势最高的点是c点c 场强最小的点是c点 电势最高的点是a点d 场强最小的点是c点 电势最高的点是b点 解析 画出等量异种电荷的电场线和等势面的分布图象 如图所示 电场线的疏密程度表示电场强度的大小 在a b c三点中 c点位置电场线最稀疏 故场强最小的点是c点 a c两个点在一个等势面上 电势相等 沿着电场线电势逐渐降低 故b点电势高于a点电势 故电势最高的点是b点 故d正确 a b c错误 答案 d 3 2016 山西长治一中段考 在如图所示的负点电荷产生的电场中 一试