10.2电势差 课件-2020-2021学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册(共24张PPT)

(共24张PPT)
第十章　静电场中的能量
10.2
电势差
目录
二、知识讲解
三、小结
四、练习
一、上节回溯
一、上节回溯
1．静电力做功的特点
2．电势能
3．电势
二、知识讲解——电势差
问题引入
　　如果我们要从
6
楼走到
8
楼，影响我们做功多少的因素是这层楼的高度差而不是楼的高度。
　　某个点电荷在确定的电场中由
A
点移动到
B
点，影响静电力做功多少的因素可能是
A
点或
B
点的电势值呢？还是
A、B
两点之间的电势的差值呢？
电场
对比重力场和电场
重力场
重力
电场力
重力势能
电势能
重力做功
电场力做功
WG＝Ep1
-
Ep2
WAB＝EpA
-
EpB
某点的高度
某点的电势
高度差
？？？
　　电势和高度，都具有相对性，选择不同位置作为零势能点或者零高度点，某点的电势或高度的数值也会改变，但是重力场中，某两个点之间高度的差值保持不变。类比重力场，电场中某两个点之间电势的差值保持不变。
二、知识讲解——电势差
电势差
　　在电场中某两个点之间电势的差值，叫作电势差，电势差也叫作电压；
　　设电场中
A
点的电势为
φA，B
点的电势为φB，则它们之间的电势差可以表示为：UAB＝
φA－φB
　　也可以表示为：UBA＝
φB－φA
　　显然：UAB＝－UBA
　　电势差可以是正值也可以是负值，例如当A点的电势高于B点的电势时，
UAB为正值，
UBA为负值。电势差是标量，只有大小没有方向。
二、知识讲解——电势差
电势差与静电力做功
　　WAB＝
EpA－
EpB
　　WAB＝qφA
–qφB＝q(φA－φB)＝qUAB
即：
UAB＝
　　在物理学中，电势的差值往往比电势更重要。
二、知识讲解——电势差
电势
φ
电势差
U
区别
定义
电势能与电荷量的比值：φ＝
电场中两点间电势的差值：
UAB＝
φA－φB
决定因素
某点的电势，是由电场和这点在电场中的位置决定的
由电场和场内两点的位置决定
相对性
有，与零电势点选取有关
无，与零电势点选取无关
联系
数值关系
UAB＝
φA－φB，当
φB＝0
时，UAB＝
φA
单位
均是伏特（V）
标矢性
都是标量，且均有正负
物理意义
均是描述电场的能的性质的物理量
二、知识讲解——电势差
例题：
　　在匀强电场中把电荷量为
2.0×10-9
C
的点电荷从
A
点移动到
B
点，静电力做的功为
1.6×10-7
J。再把这个电荷从
B
点移动到
C
点，静电力做功为
-
4.0×10-7
J。
（1）A
、B、C三点中，哪点电势最高，哪点电势最低？
（2）A、B
间，B、C
间，A、C
间的电势差各是多大？
（3）把电荷量为
-1.5×10-9
C
的点电荷从
A
点移动到
C
点，静电力做的功是多少？
（4）根据以上结果，定性地画出电场分布的示意图，标出A、B、C三点可能的位置。
二、知识讲解——电势差
解：（1）把电荷从
A
点移动到
B
点，静电力做正功，所以
A
点的电势比
B
点的电势高；把电荷从
B
点移动到
C
点，静电力做负功，所以
C
点电势比
B
点电势高。把电荷从
B
点移动到
C
点静电力做功的绝对值大于把电荷从
A
点移动到
B
点的静电力做功的绝对值。因此
C
点的电势最高，A
点电势次之，B
点电势最低。
（2）根据静电力做的功与电势差的关系，A、B
间的电势差：
UAB＝
＝＝80V
A
点电势比
B
点电势高
80V。
二、知识讲解——电势差
　　同样，根据静电力做的功与电势差的关系，B、C间的电势差为：
UBC＝
＝＝-200
V
C点电势比B点电势高
200
V。
　　A、C
间的电势差：
UAC＝UAB＋UBC＝80
V－200
V＝－120V
（3）把电荷量为
-1.5×10-9
C
的点电荷从
A
点移动到
C
点，静电力做的功是：
WAC＝q′UAC＝(-1.5×10-9)×(-120)
J＝1.8×10-7
J
即静电力做正功
1.8×10-7
J
二、知识讲解——电势差
（4）电场分布示意图和
A、B、C
可能的位置如图所示：
A
B
C
二、知识讲解——电势差
二、知识讲解——等势面
思考
　　在地理上，我们常用等高线来表示地势的高低，如下图所示，从图中可以看出等高线是与重力方向垂直的，在等高线上高度处处相等。那么在电场中，是否存在一个垂直于电场线的线或是面，来表示在这个线或是面上，电势处处相等？
A
B
问题1：A、B
两点是分布在垂直于电场线的一个平面内的任意两点，将电荷
q
从
A
点移动到
B
点。
（1）静电力做了多少功？
（2）证明：
φA＝φB
（1）静电力方向与电荷位移方向垂直，所以在电荷位移方向上，静电力不做功。
（2）WAB＝0；UAB＝＝0；A、B
间电势差为零，因此：φA＝φB
二、知识讲解——等势面
问题2：A、B
两点是分布在以点电荷为球心的一个球面上的任意两点，将电荷
q
从
A
点移动到
B
点。
（1）沿球面移动电荷q
，静电力做了多少功？
（2）如果沿任意路径将电荷
q
从
A
点移动到
B
点，静电力做了多少功？
A
B
二、知识讲解——等势面
等势面
在电场中电势相同的各点构成的面，叫作等势面。
特点：
（1）等势面与电场线垂直，即与电场强度方向垂直；
（2）电场线方向总是由电势高的等势面指向电势低的等势面；
（3）在同一等势面上移动电荷时，静电力不做功；
（4）任意两个等势面都不相交；
二、知识讲解——等势面
几种电场的等势面
甲
点电荷
乙
匀强电场
　　图中两个相邻的等势面间的电势差相等，由图也可以看出电场线越密集的地方等差等势线越密集，电场线越稀疏，等差等势线也越稀疏。
二、知识讲解——等势面
三、小结
1．电势差
2．电势差与静电力做功的关系
3．等势面
4．等势面的特点
1．下列关于电势差的说法正确的是
（
）
电场中两点间电势的差值叫作电势差，也叫电压
电势差与电势一样，是相对量，与零电势点的选取有关
UAB
表示
B
点与
A
点之间的电势差，UAB＝
φB－φA
A、B两点的电势差是恒定的，不随零电势点的不同而改变，所以UAB＝
UBA
四、练习
A
2．在某电场中，已知
A
、B
两点之间的电势差UAB为
20V，q
为
-2.0×10-9
C
的电荷由
A
点移动到
B
点，静电力做的功是多少？电势能是增加还是减少，增加或减少多少？
答：静电力做功
WAB＝qUAB＝－4×10-8
J
。由于静电力做负功，所以电势能增加，增加的电势能为
4×10-8
J
。
四、练习
3．在某电场中，将一带电荷量为
q＝＋2.0×10-9
C
的点电荷从
a
点移动到
b
点，静电力做功
Wab＝－4.0×10-8
J，则
a、b
两点间的电势差
Uab
为（
）
-400
V
-200
V
-20
V
20
V
C
四、练习
4．在研究微观粒子时常用电子伏（eV）作为能量单位。1
eV
等于一个电子经过
1
V
电压加速后所增加的动能，那么，1
eV
等于多少焦耳？
答：一个电子的电荷量
e＝1.6×10-19
C，所以电子增加的动能等于静电力做功W＝qU＝1e×1V＝1.6×10-19
C×1
V＝1.6×10-19J，所以
1
eV＝1.6×10-19
J
。
四、练习
5．某电场的等势面如图所示，试画出电场线的大致分布。若单位正电荷沿任一路径从
A
点移动到
B
点，静电力所做的功是多少？说明理由。正电荷从
A
点移动到
C
点，跟从
B
点移动到
C
点，静电力所做的功是否相等？说明理由。
答：电场线分布大致如图所示，由图可知，φA＝φB＝10
V；
φC＝6
V
。
WAB＝qφA
–qφB＝q(φA－φB)＝0
WAC＝qφA
–qφC＝q(φA－φC)＝4q
WBC＝qφB
–qφC＝q(φB－φC)＝4q
可见静电力所做的功
WAC＝WBC
四、练习
谢谢