10.2 电势差 (共23张PPT) 课件 2024-2025学年高一物理人教版（2019）必修第三册

(共23张PPT)
第十章 静电场中的能量
第2节 电势差
1.通过类比高度差，了解电势差的含义；掌握两点间电势差的表达式，知道电势差的正负表示两点间电势的高低关系。
2.会推导静电力做功跟电势差的关系式，会应用UAB=进行相关计算。
3.理解等势面的概念，会画常见电场的等势面，知道电场线一定垂直于等势面。
类比法
重力场
电场
重力
某点的高度
重力势能
重力做功
WG= EP1-EP2
两点间高度差
电势能
电场力
电场力做功
WAB= EPA-EPB
某点的电势
？？？
两点间的电势差值
1.定义：在电场中，两点之间电势的差值叫做电势差，也叫电压。
选择不同的位置作为零电势点，电场中某点电势的数值会改变，但电场中某两点之间电势的差值却保持不变。
A
B
C
D
0V
1V
2V
3V
E
0V
1V
2V
-1V
与高度差相似
知识点一：电势差
+
F
E
A
B
在电场中两点间
？
？
？
0
显然
设电场中A点的电势为φA，B点的电势为φB。
UAB=φA-φB
UBA=φB-φA
UAB=-UBA
2.单位：伏特（V）
3.电势差是标量，它的正负表示：
两点电势的高低
UAB＞0
UAB＜0
A＞ B
A＜ B
4.推论：
UAB + UBC = UAC
UAB=φA- φB
UBC =φB-φC
（φA-φB）+（φB-φC ）= φA- φc
故UAC =UAB + UBC
+
A
B
E
F
+
5.静电力做功与电势差的关系
电荷 q 从电场中 A 点移到 B 点，电场力所做的功？
+q
WAB = EPA - EPB
= qφA - qφB
= q ( φA - φB )
WAB = qUAB
电场力做的功，带正负号
适用于任何电场
【说明】
1.比值定义法，电势差与移动的电荷无关，它只反映了电场自身的性质；
2.在国际单位制中，电势差的单位：伏特（V）
3.电势差即电压；
　　 电势φ 电势差UAB
区别 定义 电势能与电荷量的比值 电场力做功与电荷量的比值
决定因素 电场和在电场中的位置决定 由电场和场内两点位置决定
相对性 有，与零电势点的选取有关 无，与零电势点的选取无关
联系 都是标量，均具有正负，UAB＝φA－φB 电势和电势差的比较
电场力做功的四种计算方法：
功的定义法 W＝Fd＝qEd (1)适用于匀强电场
(2) d 表示沿电场线方向的距离
功能关系法 (1) WAB＝EpA－EpB (2) WAB＝－ΔEp (1)既适用于匀强电场也适用于非匀强电场
(2)既适用于只受电场力的情况，也适用于受多种力的情况
电势差法 WAB＝qUAB 动能定理法 W静电力＋W其他力＝ΔEk 正电荷从A移动到B，静电力做正功，所以A点的电势比B点的高。电荷从B移动到C，静电力做负功，所以C点的电势比B点的高。但C、B间的电势差的绝对值比A、B间的电势差的绝对值大，所以C点电势最高，A点次之，B点电势最低。
例：在电场中把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？哪点电势最低？
例：在电场中把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。
（2）A、B间，B、C间，A、C间的电势差各是多大？
解析：A、B之间的电势差UAB==80V；
A点电势比B点电势高80V
B、C之间的电势差UBC==-200V；
C点电势比B点电势高200V
A、C之间的电势差UAC=UAB+UBC=80V-200V=-120V
例：在电场中把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。
（3）把-1.5×10-9 C的电荷从A点移到C点，静电力做多少功？
解析：AC间的电势差UAC=UAB+UBC=80V-200V=-120V
电荷q'= -1.5×10-9 C从A移到C，静电力做功为WAC=q'UAC=1.8×10-7J
即静电力做正功1.8×10-7J
例：在电场中把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。
（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。
B
A
C
E
在地图中，常用等高线表示地势的高低
在电场的图示中，常用等势面表示电势的高低
知识点二：等势面
电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面。
（1）观察等势面与电场线的疏密情况有什么特点？说明什么问题？
（2）观察等势面与电场线的的方向有什么特点？
（3）思考：在等势面上移动电荷，静电力做功有什么特点？
等势面的特点：
（1）同一等势面上移动电荷，静电力不做功；
（2）电场线跟等势面垂直；
（3）等差等势面的疏密反映电场强度的大小。
（4）不同等势面在空间不相交、不相切
几种典型的电场的等势面
等势面 图形 特点
点电荷
等量异种点电荷
以点电荷为球心的一簇球面，越往外越疏
两簇关于中垂线对称的曲面，中垂线为等势线
等势面 图形 特点
等量同种点电荷
匀强电场
形状不规则的带电导体
两簇对称的曲面，等量正电荷连线中点电势最低，中垂线上中点电势最高，等量负电荷情况相反
垂直于电场线等间距的一簇平面
不规则球面，越尖锐处越密
1.（多选）关于电势差UAB和电势φA、φB的理解，正确的是（　 ）
A．UAB表示B点相对于A点的电势差，即UAB＝φB－φA
B．φA、φB都可以有正、负，所以电势是矢量
C．UAB和UBA是不同的，它们有关系UAB＝－UBA
D．电势零点的规定是任意的，但人们通常规定大地或无穷远处为电势零点
CD
2.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、和，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( )
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
AC
3.（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
AD
4.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：根据静电力做功与电势差的关系式
WAB=qUAB
=（-2×10-9）×20J
=-4×10-8J
静电力做负功，电势能增加
,增加了4×10-8J