10.2电势差 课件 (共44张PPT)

(共44张PPT)
中物理
第十章 静电场中的能量
第2节 电势差
电势和电势能
静电力做功
电势能
推磨
电势
内部场强处处为零
W=EqL
与路径无关
WAB=EPA-EPB
WAB>0,EPA>EPB
φ=EP/q
A
B
mg
hA
hB
hAB
在地理位置中的A、B两点
2.选取不同的参考平面，从A到B重力做的功是否改变？
1.分别选取地面和B所在的平面为参考平面，A、B两点的高度差是否改变？
课堂引入
3.影响重力做功大小的是A、B两点之间高度值，还是A、B两点之间高度的差值呢？
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可能是A点或B点的电势值呢？还是A、B两点之间电势的差值呢？
A
B
F
E
课堂引入
类比思考
+
一、电势差
+
F
E
A
B
在电场中两点间
？
？
？
0
1. 定义：我们将电场中两点电势之间的差值叫做电势差。
UAB= A－ B
UBA= B－ A
UAB=－UBA
2.单位：伏特 V
3.电势差也叫电压
一、电势差
4.电势差是标量，但有正负
UAB= A－ B
UAB＞0
UAB＜0
A＞ B
A＜ B
（1）描述电势差时，必须指明是哪两点的电势差。如UAB或UBA。
（2）电势差与零电势点的选取无关。
（3）电场中两点间的电势差，由电场本身的性质及初、末位置决定。
（4）电势差的正负不表示方向，表示电场中两点电势的相对高低。
5.对电势差的理解
（5）推论：
一、电势差
A
B
F
E
WAB=－ Ep
＝EpA－EpB
＝q A－q B
＝q( A－ B)
＝qUAB
二、静电力做功与电势差的关系
1.公式推导
电场中A、B两点间的电势差等于电场力做的功与电荷量q的比值。
适用于恒力做功和变力做功
某同学认为A、B两点间电势差由WAB和q的数值决定，你认为他的想法正确吗？请说明理由。
二、静电力做功与电势差的关系
2.思考与讨论
q 2q 3q 、、 nq
W0 2W0 3W0 、、 nW0
电势差的大小与试探电荷无关，电势差由场源电荷和两点的位置决定。
A
B
F
E
电势差与电势的区别
比较 电势φ 电势差U
联 系 数值关系 UAB＝φA－φB，当φB＝0时，UAB＝φA 单位 相同，均是伏特(V) 标矢性 都是标量，且均具有正负 物理意义均是描述电场的能的性质的物理量 电势差与电势的联系
应用 或 WAB=qUAB
(1)加下标时: WAB、q、UAB都有正负，计算时都要带正负号。
二、静电力做功与电势差的关系
3.符号规范
(2)不加下标：将各物理量均取绝对值代入，然后再由题意分析判断两点间的电势高低关系或电场做功的正负。
静电力做功的四种常用求法：
（1）功的定义法：W＝ FLcosθ或W＝ qELcosθ 适用匀强电场
（2）电势差法：WAB＝qUAB
（3）电势能变化法： WAB＝EPA －EPB
（4）动能定理：W电+W其他力= ΔEK
注意：方法（2）、（3）、（4）适用于任何电场
二、静电力做功与电势差的关系
4.规律总结
【例题】在匀强电场中把2.0 ×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？哪点最低？
（2）A、B间， B、C间， A、C间的电势差各是多少？
（3）把-1.5 × 10-9C的电荷从A点移到C点，电场力做多少功？
（4）根据以上所得结果，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、静电力做功与电势差的关系
【解析】（1）电荷从A移动到B，静电力做正功，所以A点电势比B点高。电荷从B移动到C，静电力做负功，所以C点电势比B点高。
但C、B间电势差的绝对值比A、B间电势差的绝对值大，所以C点电势最高，A点次之，B点电势最低。
二、静电力做功与电势差的关系
（2）A、B间电势差：
B、C间电势差：
A、C间电势差：
（3）负电荷从A移动到C时，静电力做功
即静电力做正功
（4）A、B、C三点在电场的示意图可能是：
二、静电力做功与电势差的关系
C＞ A＞ B
UAC＞ UAB
B
A
C
E
为何是“可能的”？
根据以上例题第（4）问的结果，定性画出了电场分布的示意图，标出了A、B、C三点可能的位置，如图。
“可能”说明还有其他位置符合要求，这些位置在哪里呢？
提出新问题：
B
A
C
E
在匀强电场中把电荷量为2.0×10-9C的点电荷从A点移动到B点，静电力做的功为1.6×10-7J。
设A不动，我们能不能再找出一个位置B′，让点电荷从A移动到B′静电力做的功与点电荷从A移动到B静电力做的功相等，并把B′点标在图中。
A
B
E
寻找电势相等的点
WAB=WAB′
WAB′=WAB+ WBB′
WBB′ ≠0
∴WAB′ ≠WAB
设想不正确
方案一：
寻找电势相等的点
WAB′=WAB+ WBB′
WBB′ =0
∴WAB′ =WAB
正确
寻找电势相等的点
方案二：
A
在此面上移动电荷时
B
B′
W =0
E
B
B′
B
B′
又 W =qU
此面上各点间电势相等
等势面
三、等势面
U=0V
在电场中，电势相同的各点构成的面叫做等势面。
1.匀强电场的等差等势面（线）
匀强电场的等差等势线
匀强电场的等差等势面
三、等势面
做一做：请根据正点电荷电场线分布，画出等势面。
E
三、等势面
等高线
2.正点电荷的等差等势面（线）
φ降低
山峰的等高线
深井的等高线
孤立负点电荷等差等势面
不等间距同心球面
B
A
C
φ降低
三、等势面
3.负点电荷的等差等势面（线）
三、等势面
底部连在一起的两座山峰
等量同种电荷等差等势面
φ降低
A
B
C
o
φ降低
D
三、等势面
4.等量同种电荷的等差等势面（线）
等量异种电荷等差等势面
A
o
B
C
D
φ降低
高峰与深井的等高线
三、等势面
5.等量异种电荷的等差等势面（线）
三、等势面
6.形状不规则的带电导体的等差等势面（线）
等势面的特点：
（2）电场线跟等势面垂直，且由高电势指向低电势。
（1）在等势面上移动电荷时，静电力不做功。
三、等势面
（3）两等势面一定不相交。
（4）两个相邻等势面间的电势差是相等的，这样的等势面叫做等差等势面。
（5）等差等势面密的地方场强大，等差等势面稀疏的地方场强小。
UAB= A－ B
两点的电势之差，也叫电压。
电场中电势相等的点构成的面。
WAB=－ Ep
＝EpA－EpB
＝q A－q B
＝qUAB
课堂小结
【典例1】(多选)下列说法正确的是(　　)
A.电场中两点间的电势差大小与零电势点的选取有关
B.UAB和UBA是不同的,它们之间的关系为:UAB=-UBA
C.φ有正负,所以电势是矢量
D.若φB=0,则φA=UAB
典例分析
【正确答案】BD
【典例2】（多选）关于等势面，正确的说法是（ 　）
A．电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功
B．等势面上各点的场强大小相等
C．等势面一定跟电场线垂直
D．两等势面不能相交
典例分析
【正确答案】CD
【典例3】(多选)下面关于电势、电势差和电势能的关系,正确的是(　　)
A.电荷在某点的电势能越大,该点的电势越高
B.在电场中的两点之间移动相同电荷,静电力做功越多,这两点的电势差越大
C.由于零电势点的选取是任意的,所以电场中两点间的电势差也是不确定的
D.电场中A点电势比B点高1 V,则电荷量为10-2 C的正电荷从A移到B电势能减少了10-2 J
典例分析
【正确答案】BD
【典例4】空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的4个点。则 ( )
A．P、Q两点处的电荷等量同种
B．a点和b点的电场强度相同
C．c点的电势低于d点的电势
D．负电荷从a到c，电势能减少
典例分析
【正确答案】D
【典例5】（多选）如图所示，实线表示一簇关于x轴对称的等势面，在x轴上有A、B两点，则
A. A点场强小于B点场强
B. A点场强方向指向x轴负方向
C. A点场强大于B点场强
D. A点电势高于B点电势
典例分析
【正确答案】AD
【典例6】(2020·安徽淮北一中期中)如图所示，在O点的点电荷＋Q形成的电场中，试探电荷＋q由A点移到B点静电力做功为W1，以OA为半径画弧交OB于C点，再把试探电荷由A点移到C点静电力做功为W2，由C点移到B点静电力做功为W3，则三者关系为
A.W1＝W2＝W3＜0
B.W1＞W2＝W3＞0
C.W1＝W3＞W2＝0
D.W3＞W1＝W2＝0
典例分析
【正确答案】C
【典例7】如图所示为某静电场等势面的分布，电荷量为1.6×10－9 C的正点电荷从A经B、C到达D点，则从A至D，静电力对电荷做的功为（ ）
A. 4.8×10－8 J
B. －4.8×10－8 J
C. 8.0×10－8 J
D. －8.0×10－8 J
典例分析
【正确答案】B
【典例8】(多选)(2019·湛江一中高二上月考)在水平线上的O点放置一点电荷，图中画出了电荷周围对称分布的几条电场线，以水平线上的某点O′为圆心画一个圆，与电场线分别相交于a、b、c、d、e，则下列说法正确的是
A.b、e两点的电场强度相同
B.a点电势低于c点电势
C.b、c两点间电势差等于e、d两点间电势差
D.电子沿圆周由d到b，静电力做正功
典例分析
【正确答案】BC
【解析】由题图可看出，b、e两点电场强度方向不同，所以b、e两点的电场强度不同，故A错误.
根据沿着电场线方向电势逐渐降低可知，离点电荷O越远，电势越低，故a点电势低于c点电势，故B正确.
根据对称性可知，b、c两点间电势差与e、d两点间电势差相等，故C正确.
d点的电势高于b点的电势，由Ep＝qφ＝－eφ可知，电子在d点的电势能小于在b点的电势能，根据功能关系可知，电子沿圆周由d到b，静电力做负功，故D错误.
典例分析
【典例9】(多选)位于A、B处的两个带有不等量负电荷的点电荷在平面内电势分布如图所示，图中实线表示等势线，则
A. a点和b点的电场强度相同
B. 正电荷从c点移到d点，静电力做正功
C. 负电荷从a点移到c点，静电力做正功
D. 正电荷从e点沿图中虚线移到f点，电势能先减小后增大
典例分析
【正确答案】CD
【解析】a点处的等势面比b点处的稀疏，故a点的电场强度比b点的小，而且两点场强方向也不同，A项错误.
c点电势低于d点，正电荷从c点移到d点，即正电荷从低电势处移向高电势处，静电力做负功，B项错误.
a点电势低于c点，从a到c，负电荷从低电势处移向高电势处，静电力做正功，C项正确.
从e点沿题图中虚线到f点，电势先变低后变高，故沿此方向移动正电荷，静电力先做正功后做负功，电势能先减小后增大，D项正确.
典例分析
【典例10】如图所示，在竖直平面内，光滑绝缘直杆AC与半径为R的圆周交于B、C两点，在圆心处有一固定的正点电荷，B点为AC的中点，C点位于圆周最低点。现有一质量为m、电荷量为q套在杆上的带负电小球(可视为质点)从A点由静止开始沿杆下滑。已知重力加速度为g，A点距过C点的水平面的竖直高度为3R，小球滑到B点时的速度大小为2 。求：
(1)小球滑至C点时的速度的大小；
(2)A、B两点间的电势差；
(3)若以C点为参考点(零电势点)，试确定A点的电势。
典例分析
典例分析
典例分析
THANKS
“
”