2.3 电势差 —鲁科版高中物理选修3-1课件(共37张PPT)

1、第第3 3节节 电势差电势差在重力场中，当选取的势能在重力场中，当选取的势能零点不同时，对各点高度的零点不同时，对各点高度的描述也会不同，但是高度差描述也会不同，但是高度差不会随着势能零点的改变而不会随着势能零点的改变而改变。改变。 同理，在电场中，各点同理，在电场中，各点电势也会随电势零点的改变电势也会随电势零点的改变而改变，而改变，A BCD0V1V2V3V0V1V2V-1V因此，因此，电势的差值往往比电势更重要。电势的差值往往比电势更重要。但两点间的电势的差值却保但两点间的电势的差值却保持不变。持不变。一、电势差与电场力做功一、电势差与电场力做功电势差：电场中两点间电势的差值，也电势差：

2、电场中两点间电势的差值，也叫叫电压电压BAABUABBAUABABUU则有则有或者表示成或者表示成显然显然BA设电场中设电场中A A点的电势为点的电势为，B B点的电势为点的电势为1 1、电势差可以是正值也可以是负值，电、电势差可以是正值也可以是负值，电势差的正负表示什么意义？势差的正负表示什么意义？ 表示两点电表示两点电势高低势高低2 2、电势的数值与零电势点的选取有关，、电势的数值与零电势点的选取有关，电势差的数值与零电势点的选取有关吗？电势差的数值与零电势点的选取有关吗？这与力学中学过的哪个概念相似？这与力学中学过的哪个概念相似？ 无关无关 与高度相似与高度相似)(BAqBAqqJVCe

3、v1919106 . 111060. 11 电荷电荷q q从电场中从电场中A A点移到点移到B B点，点，PBPAABEEW；BAABqUWqWUABBA即即或或功的单位：功的单位：焦耳（焦耳（J）或电子伏特（）或电子伏特（ev）1 1、U UABAB由什么决定？跟由什么决定？跟WWABAB、q q有关有关吗？吗？ 由电场本身的因素决定由电场本身的因素决定与与WWABAB、q q无无关关2 2、WWAB AB 跟跟q q、U UABAB有关吗？有关吗？ 跟跟q q、U UABAB都有关都有关 注意：电场中注意：电场中A、B两点间的电势差跟移两点间的电势差跟移动电荷的路径无关，只与动电荷的路径无

4、关，只与AB位置有关位置有关例、电场中例、电场中A A、B B两点的电势是两点的电势是A A=800 V800 V，B B= -200 V -200 V，把电荷，把电荷q q= -1.5= -1.51010-8-8C C由由A A点移点移到到B B点，电场力做了多少功？电势能是增加还点，电场力做了多少功？电势能是增加还是减少，增加或者减少多少？是减少，增加或者减少多少？ WWABAB= -1.5= -1.51010-5-5 J J 电势能增加，增加电势能增加，增加1.51.51010-5-5J J【例例2】如图所示，在场强为如图所示，在场强为E的匀强电场中，一电的匀强电场中，一电子（电量为子（

5、电量为e，质量为，质量为m）从电场中的）从电场中的A点沿电场线点沿电场线方向以速度方向以速度v0运动，到达运动，到达B点是时速度为零，求：点是时速度为零，求：A、B两点间电势差两点间电势差UAB为多少？哪点电势高？为多少？哪点电势高？电子从电子从A点运动到点运动到B点所用时间为多少？点所用时间为多少？A、B两点间距离为多大？两点间距离为多大？E例例3:如图所示如图所示,在电场强度为在电场强度为E的匀强中的匀强中ABC为为直角三角形直角三角形,已知已知AB的距离为的距离为d,求求:(1)AB:(1)AB两点的电势差两点的电势差 (2)AC (2)AC两点的电势差两点的电势差ABCd二、电场强度和

6、电势差的关系 我们以匀强电场为例来确定E和U的关系. 如图所示，设在匀强电场E中，有一电荷量为q的带正电粒子在电场力作用下由A点移到B点，则电场力做功WAB， A、B间电势差为UAB ， A、B相距l，AB与场强方向的夹角为从力的角度来看，从力的角度来看，cosABABWqElqE d从能的角度来看，从能的角度来看， ABABWqUUE d由此可得： （其中dAB是沿电场强度方向A、B间的距离） 所以，在匀强电场中所以，在匀强电场中 ：UEd（1）在匀强电场中，场强在数值等于沿场强方向每单位距离上的电势差（2）适用条件：匀强电场，而且沿着场强的方向，即式中的d是沿场强方向两点间的距离（3）由此

7、可知场强的单位Vm和NC是一致的，即：1Vm1NC注意：在非匀强电场中，E和U也有一定的关系，但不像在匀强电场中的关系式那么简单场强场强E的物理意义的另一种表述的物理意义的另一种表述 注意：电势降落方向不一定是场强方向 从图中可以看出沿从图中可以看出沿AB、AD、AC方向，电势都在降低，但沿方向，电势都在降低，但沿AB方向方向距离最短，即降低得最快，场强距离最短，即降低得最快，场强E的的方向是电势降落最快的方向方向是电势降落最快的方向ADCB. NN 60 例例5 5：如图，在匀强电场中的：如图，在匀强电场中的MM、NN两点距离为两点距离为2 cm2 cm，两点间的电势差为，两点间的电势差为5

8、 V,5 V,MM、NN连线与场强连线与场强方向成方向成6060角，则此电场的电场强度多大？角，则此电场的电场强度多大？ EM.N解：解：根据根据 ，得：，得： dUE 060cosMNUE2110252）（mV /5006 6、如图，、如图，a a、b b、c c是一条电场线上的三个点，是一条电场线上的三个点，电场线的方向由电场线的方向由a a到到c c, , a a、b b间的距离等于间的距离等于b b、c c间的距离。用间的距离。用a a、 b b、 c c和和EaEa、EbEb、EcEc分分别表示别表示a a、b b、c c三点的电势和场强。下列哪个正三点的电势和场强。下列哪个正确？确

9、？ A A. . a b c B. B. EaEaEbEbEcEc C C. . a a b b = b b c c D. D.EaEa=E=Eb b=E=Ec c a b c E当堂训练当堂训练d d由图可知由图可知EAEBEC由公式由公式UEd可以粗略判断可以粗略判断UABUBC所以所以B小于小于35VC 2.图中图中AB、C三点都在匀强电场中，已知三点都在匀强电场中，已知ACBC，ABC=60，BC=20cm把一个电量把一个电量q=105C的正电的正电荷从荷从A移到移到B，电场力做功为零；从，电场力做功为零；从B移到移到C，电场力做，电场力做功为功为1.73103J，则该匀强电场的场强大

10、小和方向是，则该匀强电场的场强大小和方向是 （ ）A865Vm，垂直，垂直AC向左向左B865Vm，垂直，垂直 AC向右向右C1000Vm，垂直，垂直 AB斜向上斜向上D1000Vm，垂直，垂直 AB斜向下斜向下 D 三、示波管的工作原理三、示波管的工作原理1 1、示波器的作用：、示波器的作用： 观察电信号随时间变化的情况观察电信号随时间变化的情况2 2、示波管的结构：、示波管的结构： 由电子枪、偏转电极和荧光屏组成由电子枪、偏转电极和荧光屏组成3 3、示波管的原理、示波管的原理产生产生高速高速 飞飞行的行的电子束电子束待显示待显示的的信号电压信号电压锯齿形锯齿形 扫扫描电压描电压使电子沿使电

11、子沿 Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿 x x方向方向偏移偏移1示波器是一种常用的观测示波器是一种常用的观测_的仪器，的仪器，它可以用来测量电信号的它可以用来测量电信号的_、 _ 、_等参等参数数2对于阴极射线管示波器来说，若只给竖直偏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，我们会观察到一条转板加变化的电压，我们会观察到一条_亮线；若亮线；若只给水平偏转板加变化的电压，我们会观察到一条只给水平偏转板加变化的电压，我们会观察到一条_亮线亮线3通常要研究的信号电压要加在通常要研究的信号电压要加在_偏转板上，偏转板上，水平偏转板所加电压要与信号电压具有相同的水平偏转板所加电压要

12、与信号电压具有相同的_，该电压我们称为该电压我们称为_.竖直竖直水平水平竖直竖直周期周期扫描电压扫描电压电信号波形电信号波形 周期周期频率频率电压电压3 3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定动状态来判定电场中的带电粒子一般可分为两类：电场中的带电粒子一般可分为两类：1 1、带电的基本粒子：如电子，质子，、带电的基本粒子：如电子，质子， 粒子，正负粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考

13、虑重力。（但并不能忽略质量）。（但并不能忽略质量）。2 2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。1. 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速00v?tvUE1用牛顿运动定律分析用牛顿运动定律分析用动能定理分析用动能定理分析（加速电压）（加速电压）根据动能定理：根据动能定理：qU = mv v2/2或根据牛顿定律：或根据牛顿定律：a = F/ /m m = qU/dm和运动学公式：和运动学公式：v v2 = =2ad得得2qUmv v = 粒子加速后的速度只与加速电

14、压有关粒子加速后的速度只与加速电压有关此式也适用于不是匀强电场的情况此式也适用于不是匀强电场的情况1. 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速2. 带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转dyqm,0vl)(U偏转电压试根据类平抛运动的知识，推导偏移量试根据类平抛运动的知识，推导偏移量 y和偏转角和偏转角（二）、（二）、带电粒子的带电粒子的偏转偏转_+U1-qmv v0 0（一）、（一）、带电粒子的带电粒子的加速加速v v0 0+-U2 d lv v-qmv v0 0yv vy y20121mvqU0vlt 垂直垂直电场方向电场方向:mFamqEmdqU平行平行电场方向电场方向:22

15、21aty 偏移距离偏移距离dmvql U202220tanvvy偏转角偏转角dmvqlU202类平抛运动类平抛运动 一个电荷量为一个电荷量为- -q质量为质量为m的带电粒子，由静止进入一的带电粒子，由静止进入一个电压为个电压为U1的加速电场加速后，又垂直进入一个电压的加速电场加速后，又垂直进入一个电压为为U2的偏转电场，经偏转电场偏转后打在荧光屏上的偏转电场，经偏转电场偏转后打在荧光屏上,整整个装置如图示个装置如图示.试分析带电粒子的运动情况试分析带电粒子的运动情况(不计粒子的重力不计粒子的重力).v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL加速加速偏转

16、偏转匀速匀速瞬时速度是联系两个过程的桥梁瞬时速度是联系两个过程的桥梁（三）、（三）、带电粒子的带电粒子的加速偏转加速偏转v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL 一个电荷量为一个电荷量为- -q质量为质量为m的带电粒子，由静止进入的带电粒子，由静止进入一个电压为一个电压为U1的加速电场加速后，又垂直进入一个电的加速电场加速后，又垂直进入一个电压为压为U2的偏转电场，经偏转电场偏转后打在荧光屏上的偏转电场，经偏转电场偏转后打在荧光屏上,整个装置如图示整个装置如图示.求求:(1)出偏转电场时的偏移距离出偏转电场时的偏移距离y；(2)出偏转电场时的偏转角；出

17、偏转电场时的偏转角；(3)打在荧光屏上时的偏移距离打在荧光屏上时的偏移距离Y.20121mvqU经加速电场经加速电场U1加速后加速后:经偏转电场经偏转电场U2偏转后偏转后:(1)偏移距离偏移距离y:dmvql U20222y(2)偏转角偏转角:dmvqlU202tan (3)偏移距离偏移距离Y: tan)L2(lY+d Ul U122d Ul U1224三、三、带带电电粒粒子子的的加加速速偏偏转转YYXX-+-+-若金属板水平放置若金属板水平放置电子将电子将竖直偏转竖直偏转若金属板竖直放置若金属板竖直放置 电子将电子将水平偏转水平偏转偏转电极的放置方式偏转电极的放置方式 例例6、如图，电子在电

18、势差为U1的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是 （ ）A、U1变大、U2变大 B、U1变小、U2变大C、U1变大、U2变小 D、U1变小、U2变小对加速过程由动能对加速过程由动能定理：定理：21012qUmv对偏转过程由偏转角正对偏转过程由偏转角正切公式切公式220taneU lmv ddUl U122dUlUy1224电学搭台电学搭台力学唱戏力学唱戏B 例例7 7、如图所示，二价氦离子、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它荧光屏上，则它( )( ) A A、侧移距离相同、侧移距离相同 B B、偏转角相同、偏转角相同 C C、到达屏上同一点、到达屏上同一点 D D、到达屏上不同点、到达屏上不同点dUlUy1224dmvleU202tan dUl U122带电粒子的带电粒子的偏移量和偏转偏移量和偏转角由系统决定角由系统决定，而与粒子，而与粒子的质量、电量无关的质量、电量无关. .只要只要电性相同电性相同的带电粒子的带电粒子,