人教版必修三10.2 电势差 课件（20张PPT）

(共20张PPT)
10.2 电势差
2023届物理必修三
思考问题
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两层楼的高度差而不是楼的高度.
某个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是A点或B点的电势值 还是A、B两点之间电势的差值呢
高度差
类比 电势能 电势
重力势能 高度
一、电势差
1.定义:电场中两点间电势的差值叫电势差,也叫电压.
高度差不变
电场中某点的电势与零电势点选取有关,但电场中某两点之间电势的差值却保持不变.即与零势点的选取无关.
单位:伏特(V)
(1)电势差也叫电压
(2)电势差是标量.它的正负表示什么呢
表示两点电势高低
思考:电势与电势差有哪些区别联系
区别 电势 电势差
相对性 有 无
决定因素 电场、位置 电场、两点位置
联系 数值关系
单位 伏特/V
标矢性 都是标量,但有正、负
物理意义 都是描述电场能的性质的物理量
2.静电力做功与电势差的关系
电势差的另一种表述
一、电势差
电荷q从电场中A点移到B点
电荷q从电场中A点移到B点,静电力做的功WAB等于电荷在A、B两点的电势能之差.
把初末位置的电势差与静电力做功直接联系起来,而不考虑静电力和粒子的轨迹.
例:在电场中,把点电荷2×10-9C的正电荷从A点移到B点,静电力做功1.6×10-7J.再把这个电荷从B点移动到C点,静电力做功-4.0×10-7J.
(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-1.5×10-9C的电荷从A点移动到C点,静电力做多少功？
(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.
解析:(1)电荷从A点移动到B点,静电力做正功,所以A点电势比B点电势高.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.但C、B之间电势差的绝对值比A、B之间电势差的绝对值大,所以C点电势最高,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有:
例2.在某电场中,已知A、B两点之间的电势差UAB为20V,q为-2×10-9C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,增加或者减少多少
解析:根据静电力做功与电势差的关系式
静电力做负功,电势能增加,增加了4×10-8J.
电场中常用等势面来表示电势的高低.
思考:如何形象的表示电场中电势的高低呢？
在地图中常用等高线来表示地势的高低
1.定义:电场中电势相等的各点构成的面.
二、等势面
2.等势面和电场线都可以用来描绘电场.
(1)等差等势面密的地方,电场较强;等差等势面疏的地方,电场较弱;等差等势面均匀分布的电场是匀强电场;由等差等势面的疏密可以定性确定电场的强弱.
(2)由于沿着电场线的方向,电势越来越低,所以电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面.
反证法:假如电场线与等势面不垂直,电场强度就有一个沿着等势面的分量,在等势面上移动电荷时静电力就要做功,电荷的电势能就要发生变化,这与这个面是等势面相矛盾.在同一等势面上稳动电荷时,静电力不做功.
3.等势面特点:
(1)在同一等势面上移动电荷时,静电力不做功.
(2)电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面.
(3)等差等势面间的疏密程度表示了场强的大小;
(4)匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均匀的平面;
(5)处于静电平衡状态的导体是一个等势体,表面是一个等势面;
推论:地球是一个大导体,处于静电平衡状态的地球以及与它相连的导体是等势体.实际上常取地球和与地球相连的导体作为电势的参考位置,认为它们的电势为零.
点电荷电场中的等势面:以点电荷为球心的一簇球面
光芒四射
万箭穿心
正、负点电荷形成的电场线、等势面分布图
等量异种点电荷形成的电场线、等势面分布图
通力合作
等量异种点电荷电场中的等势面:两簇对称曲面
等量同种点电荷形成的电场线、等势面分布图
势不两立
等量同种点电荷电场中的等势面:两簇对称曲面
离导体表面越近,等势面的形状与导体表面越相似.
带电导体周围的等势面和电场线
点电荷与金属板间的电场
匀强电场的等势面与电场线
例.如图所示,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
(1)B 、A (2)负 (3)负、正
1.在电场中把一个电荷量为-6×10-8C的点电荷从A点移到B点,电场力做功为-3×10-5J,将此电荷从B点移到C点,电场力做功为4.5×10-5J,求A与C两点间的电势差.
2.如图所示,三个等差等势面上有a、b、c、d四点,若将一个正电荷由c经a移动到d电场力做正功W1,若由c经b移动到d电场力做正功W2,则( )
A.W1>W2,φ1>φ2 B.W1C.W1=W2,φ1<φ2 D.W1=W2,φ1>φ2
3.如图所示,虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面,它们的电势分别为φA、φB和φC,一带正电粒子射入电场中,其运动轨迹如图中实线KLMN所示.由图可知( )
A.粒子从K到L的过程中,电场力做负功
B.粒子从L到M的过程中,电场力做负功
C.粒子从K到L的过程中,电势能增加
D.粒子从L到M的过程中,动能减少
4.如图所示,P、Q是两个电荷量相等的异种电荷,在其电场中有a、b、c三点在一条直线上,平行于P、Q的连线,b在P、Q连线的中垂线上,且 .下列正确的是( )
A.φa>φb>φc B.φa>φc>φb
C.Fa>Fb>Fc D.Fb>Fa>Fc
P29 3.(等势面的特点和应用)(多选)如图所示,真空中M、N处分别放置两等量异种电荷,a、b、c表示电场中的3条等势线,d点和e点位于a等势线上,f点位于c等势线上,df平行于MN.以下说法正确的是(　　)
A.d点的电势高于f点的电势
B.d点的电势与e点的电势相等
C.若将一负试探电荷沿直线由d点移动到f点,则静电
力先做正功、后做负功
D.若将一正试探电荷沿直线由d点移动到e点,试探电
荷的电势能增加
变式.在两个等量同种点电荷的连线上,有与连线中点O等距的两点a、b,则( )
A.a、b两点的场强矢量相同 B.a、b两点的电势相同 C.a、O两点间与b、O两点间的电势之差相等 D.同一试探电荷放在a、b两点的电势能相等
P27 例3.如图所示,光滑绝缘细杆竖直放置,它与以正电荷Q为圆心的某圆交于B、C两点,质量为m、带电荷量为-q的有孔小球从杆上A点无初速度下滑,已知q<AB=h,小球滑到B点时的速度大小为 .求:
(1)小球由A到B的过程中静电力做的功;
(2)A、C两点间的电势差.
解析:(1)A到B过程,由动能定理有
(2)B、C在同一等势面,故有
思考:若BC的距离为3h,则运动到C点的速度为多少
变式.空间存在匀强电场,有一电荷量q(q>0),质量为m的粒子从O点以速率v0射入电场,运动到A点时速率为2v0.现有另一电荷量为-q、质量为m的粒子以速率2v0仍从O点射入该电场,运动到B点时速率为3v0.不计重力影响,则( )
A.在O、A、B三点中,B点电势最高 B.在O、A、B三点中,A点电势最高
C.OA间的电势差比BO间的电势差大 D.OA间的电势差比BA间的电势差小
解析:正电荷从O点到A点动能增加,电场力做正功电势降低,负电荷从O点到B点动能增加,电场力做正功电势能增加,故B点电势最高.
由动能定理有
OA间的电势差小于BO间电势差,OA间电势差比BA间电势差小.
一、电势差
课堂小结
2.静电力做功与电势差的关系式:
1.电场中两点间电势的差值叫电势差,也叫电压.
二、等势面:电场中电势相等的点构成的曲面叫做等势面.
①在同一等势面上移动电荷时,静电力不做功.
②等势面始终一定跟电场线垂直,即跟电场强度的方向垂直.
电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面.
单位:伏特(V)
电势降落最快的方向那为电场线方向.