物理人教版（2019）必修第三册10.2电势差（共30张ppt）

(共30张PPT)
10.2电势差
学习目标
1.理解电势差的概念，知道电势差与零电势点的选择无关.
2.掌握电势差的表达式，知道电势差的正、负号与电势高低之间的对应关系.
3.知道什么是等势面，并能理解等势面的特点.
4.会用UAB＝φA－φB及UAB＝ 进行有关计算.
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。
1、类比思考以下问题？
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？
新课导入
2、类比法分析
重力场
电场
重力做功
电场力做功
重力势能
电势能
WG= EP1-EP2
WAB= EPA-EPB
某点的高度
某点的电势
重力
电场力
两点间高度差
两点间的电势差
新课导入
1、定义：电场中两点间电势的差值叫电势差，也叫电压。
设电场中A点的电势为 A，B点的电势为 B
则有
或者表示成
得到
2、单位：伏特 V
3、电势差是标量，但有正负。正、负表示两点电势的高低。
UAB>0表示A点电势比B点高,UAB<0表示A点电势比B点低
一、电势差
UAB＝φA－φB
UBA＝φB－φA
UAB＝-UBA
A
B
F
E
A
B
UAB
4、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。
即
或
(适用于匀强电场和非匀强电场)
(定义式)
一、电势差
怎样去理解电势差的定义式呢？
A
B
F
E
A
B
UAB
5、电势差的物理意义
（1）研究电势差时，必须指明哪两点的电势差。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）推论：
一、电势差
UAC＝UAB+UBC
6.电势与电势差的对比
电势φ 电势差U
定义
决定因素
相对性
数值关系 单位 标矢性 物理意义 电势能与电量比值：
电场力做功与电量比值：
由电场本身决定
由电场和场内两点间位置决定
有，与零势能点选取有关
无，与零势能点选取无关
相同，均是伏特(V)
都是标量，但均具有正负
都是描述电场能的性质的物理量
一、电势差
在地图中常用等高线表示地势高低
在电场中常用等势面来表示电势高低
1、定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面
二、等势面
1、定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面
二、等势面
2、等势面的理解：
（1）等势面与电场线一样，都是用来形象地描述电场的、虚构的图形。
（2）在等势面上移动电荷，静电力不做功。
（3）电场线与等势面总是垂直。
（4）任意两个等势面不相交。
（5）等差等势面的疏密也可以描述电场的强弱。
观察正点电荷、等量异号点电荷、等量同号（正）点电荷和匀强电场的等势面，简述它们的特点，并总结等势面的特点。
(1)正点电荷的等势面：
等势面是以点电荷为球心的一簇球面
(2)等量异号点电荷的等势面：
等量异号点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一等势线
二、等势面
3.常见等势面的分布图
(3)等量同号（正）点电荷的等势面：
等量正点电荷连线的中点电势最低，中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低；连线上和中垂线上关于中点的对称点等势
观察正点电荷、等量异号点电荷、等量同号（正）点电荷和匀强电场的等势面。简述它们的特点，并总结等势面的特点。
●
2.常见等势面的分布图
二、等势面
(4)匀强电场的等势面：
等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面
2.常见等势面的分布图
二、等势面
观察正点电荷、等量异号点电荷、等量同号（正）点电荷和匀强电场的等势面。简述它们的特点，并总结等势面的特点。
3.等势面的特点：
二、等势面
（1）等势面一定跟电场线垂直，在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功；
（2）电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面，任意两个等势面都不会相交；
（3）等差等势面越密的地方电场强度越大
等势面：
电场中电势相等的各点构成的面
电势差：
电场中，两点之间的差值也叫电压
静电力做功与电势差的关系
课堂小结
(1)电场中A、B两点的电势差，不仅与A、B两点的位置有关，还与零电势点的选取有关．(　　)
(2)电场中任意两点的电势差，与是否放入试探电荷无关．(　　)
(3)A、B两点的电势差是恒定的，且UAB＝UBA.(　　)
(4)若电场中两点间的电势差UAB＝1 V，则将单位电荷从A点移到B点，电场力做功为1 J(　　)
例1
概念辨析
×
√
×
×
(5)将电荷量为q的电荷从A点移到B点与将－q从B点移到A点电场力所做的功相同．(　　)
(6)电势差的定义式UAB＝，说明两点间的电势差UAB与静电力做功WAB成正比，与移动电荷的电荷量q成反比．(　　)
(7)电场中A、B两点的电势差，不仅与A、B两点的位置有关，还与零电势点的选取有关．(　　)
×
×
√
例1
概念辨析
(多选)关于电势差UAB和电势φA、φB的理解，正确的是(　　)
A．电势与电势差均是相对量，均与电势零点的选取有关
B．UAB和UBA是不同的，它们存在关系：UAB＝－UBA
C．φA、φB都有正负，所以电势是矢量
D．若φB＝0，则φA＝UAB　
BD
例2
概念辨析
电场中A、B、C、D四点的电势如右图所示．
电势的大小与电势零点的选取有关，
电势差的大小与电势零点的选取无关．
例3
电势的相对性与电势差的绝对性
(1)A、C,A、B及B、C间的电势差为多少？
(2)若取D点电势为零，则A、B、C三点的电势为多少？A、 C,A、B及B、C间的电势差为多少？通过以上计算说明电势、电势差各具有什么特点？
(1)UAC＝ φA - φC =15 V
UAB＝ φA - φB =10 V
(2)φA＝18 V，φB＝8 V，φC＝3 V，
UAC＝15 V，UAB＝10 V, UBC＝5 V
UBC＝ φB - φC =5 V
UAC =UAB +UBC
在电场中把电荷量为Q1＝2.0×10－9 C的正电荷从A点移到B点，电场力做功1.5×10－7 J，再把电荷量为Q2＝4.0×10－9 C的正电荷从B点移到C点，克服电场力做功4.0×10－7 J.
(1)求A、B间，B、C间，A、C间的电势差各为多少？
(2)若A点电势为零，则B、C点电势为多少？并比较A、B、C三点的电势；
例4
电势差的定义
UAB＝
＝75 V.
UBC＝
＝－100 V
UAC＝
UAB＋UBC＝－25 V
传道受业解惑
UAB＝φA－φB
UAC＝φA－φC
φB =-75V
φC =25V
φC＞φA＞φB.
A点的电势比C点的电势低25V
A点的电势比C点的电势高75V
将带电荷量为6×10－6 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了3×10－5 J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.2×10－5 J的功，则：
例5
电势差的定义
(2)该负电荷从A点到C点电场力做功为 J.
(1)AB两点间的电势差为 v；
BC两点间的电势差为 v；
AC两点间的电势差为 v.
5
-2
3
-1.8×10－5
如果把电荷量为q＝1.0×10－8 C的电荷从电场中的A点移到无限远处，需要克服静电力做功W＝4.2×10－4 J，则A点电势为 V;如果把电荷量为q＝1.0×10－8 C的电荷从无限远处移到电场中的B点，静电力做功W＝2.4×10－4 J，则B点电势为 V;如果把电荷量为q＝1.0×10－8 C的电荷从电场中的A点移到B点，静电力做功为 J,AB两点间的电势差为 V，电压为 V;如果将电荷量为q＝-2.0×10－6 C的电荷从电场中的A点移到B点，静电力做功为 J.
例6
电势差与电势的定义
-4.2×104
-2.4×104
-1.8×10-4
-1.8×104
1.8×104
3.6×10-2
巩固练习：
1、如图所示，在正的点电荷Q的电场中有a、b两点，它们到点电荷Q的距离 r1解：Wab=qUab= -2×1.6×10-19×100J
= -3.2×10-17J <0
故是电荷克服电场力做了
3.2×10-17J的功。
2、带电量为+3×10-6C的粒子先后经过电场中的A、B两点，克服电场力做功6×10-4J，已知B点电势为50V，则（l）A、B间两点间的电势差是多少？
（2）A点的电势是多少？
（3）电势能变化了多少？
（4）把电量为-3×10-6C的电荷放在A点的电势能是多
少？
解：（1）
（2）φA=UAB+φB=（-200+50）V= -150V
（3）因为克服电场力做功6×10-4J，所以电势能增
加了6×10-4J。
（4）EpA=qφA= -3×10-6×(-150)J= 4.5×10-4J
3、如图所示是某电场中的一簇等势面，甲等势面的电
势为90V，乙等势面的电势为－10V，各相邻等势面间
的电势差相等。（l）将q=+1×10-8 C的电荷从A点移到
B点，电场力做功 ；（2）将－1×10-8 C
的电荷从A点移到C点，电场力做功 ；（3）
在图中定性画出几条电场线．
·
·A
·B
·C
甲
乙
WAB=qUAB=qU甲乙
=1×10-8×[90-（-10）]J
=1×10-6J
（2）WAC=qUAC=-q·2UAB=-2×10-6J
（3）由电场线与等势面垂直，可画
出如右图所示的几条电场线。
解：（1）
4、如图所示的电场，E=1000V/C，ab=3cm,bc=
2cm。将电荷量为q=5×10-8C的点电荷沿矩形abcda移动一周。则电场力做的总功为 ；
a、b两点间的电势差Uab为 ；a、c两点的电势差Uac为 。
E
a
b
c
d
0
30V
30V
5、如图所示，光滑的绝缘竖直细杆与以正电荷Q为圆心的圆周交于B、C两点，设AB=BC=h。一质量为m、电荷量为-q的空心小球从杆上A点从静止开始下落，滑到B点时的速度 。
试求（1）小球滑到C点的速度；
（2）A、C两点的电势差。
Q·
C
B
A
解：（1）从B→C，根据动能定理得：
mgh=mVC2/2-mVB2/2……①
而 ……②
联立①②解得：
（2）从A→C，根据动能定理得：mg·2h+qUAC=mVC2/2
解之得：
6、如图所示，实线为电场线，虚
线为等势线，且相邻两等势线间的电势差相等。一正电荷在φ3上时具有动能20J，它运动到等势线φ1上时速度为0。令φ2=0，则该电荷的电势能Ep=4J时，其动能大小为( ）
E
φ1
φ2
φ3
C
A) 16J ; B) 10J C) 6J； D) 4J
解：从φ3→φ1，由动能定理有：qφ3-qφ1=0-20……①
又φ1-φ2=φ2-φ3 因φ2=0 故有 qφ1=-qφ3……②
联立①②解得： qφ1=10J qφ3=-10J
即电荷在φ3时具有的总能量为E=Ep+Ek=（-10+20）J
由能量守恒定律可知：当Ep=4J时，Ek=6J
7、如图所示，在场强为E的水平匀强电场中，一根长为L的绝缘杆，两端分别固定着带有电量＋q和－q的小球（大小不计）。现让绝缘杆绕中点O逆时针转动α角，则转动中带电小球克服电场力做功为多少？
解：绝 缘杆绕中点O 逆时针转动α角时，+q和－q 所受电场力均做负功，且数值相等。故带电
小球克服电场力做的总功为：
W=2×qE·(1-COSα) ·L/2=qEL ·(1-COSα)
8、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
BCD
9、如图所示，B、C、D是以+Q为圆心的圆周上
的三个点，将一检验电荷从圆内A点分别移动到B、C、D各点时，电场力做功是( )
A.WAB＞WAC B.WAD＞WAB
C.WAC＞WAD D.WAB=WAC
D