2.3 电势差 课件 (1)

课件64张PPT。第3节　电势差目标导航一、电势差与电场力做功
1．电势差：电场中两点电势的差值叫做_______，在电路中也称为_____．设电场中A点的电势为φA，B点的电势为φB，则UAB＝__________.电势差电压φA－φB2．电场力做功与电势差的关系：在电场中A、B两点间移动电荷q的过程中，电场力做的功W等于电荷量q和这两点间的电势差UAB的_____．其数学表达式为W＝______.
3．W单位：焦耳，用J表示．
在研究原子、原子核时，常用电子伏特做_____的单位，国际符号是___,1 eV＝__________J.
乘积qUAB能量eV1.6×10－19想一想
1．A、B间的电势差与B、A间的电势差是什么关系？电势差的正、负表示什么含义？
提示：UAB＝φA－φB，UBA＝φB－φA，所以UAB＝－UBA，即UAB与UBA互为相反数．电势差的正、负表示两点电势的高低．二、电场强度与电势差的关系
1．在匀强电场中，电场强度等于___________单位距离上的电势差．
2．公式：E＝_____.其中，UAB指两点间的________，d指两点间____________的距离．沿场强方向电势差沿场强方向提示：适用于匀强电场中的计算，在非匀强电场中可用其比较电势差的大小．三、示波器的工作原理
1．构造：示波器是一种常用的观测__________的仪器，它还可以用来测量电信号的_____、_____、_____等参数如图所示．电信号波形周期频率电压2．示波器分为____________示波器和_____示波器两类．
3．阴极射线管示波器主要由_______、________和_______组成,示波管内抽成____.
想一想
3．根据示波器原理图说明示波器是如何得到电信号的波形的？阴极射线管数字电子枪偏转电极荧光屏真空提示：由图可知，竖直偏转板YY′加电压，使电子束竖直偏转，水平偏转板XX′加电压,使电子束水平偏转,YY′与XX′同时加电压,电子束既水平偏转同时又竖直偏转，若竖直偏转板与水平偏转板电压周期相同，即可得到电信号的波形．1．对电势差的理解
(1)电场中两点的电势差，由电场本身的初、末位置决定．在确定的电场中，即使不放入电荷，任何两点间的电势差都有确定的值．
(2)讲到电势差时，必须明确所指的是哪两点(两位置)间的电势差．A、B间的电势差记为UAB，而B、A间的电势差记为UBA.(3)电势差有正负，电势差的正负表示电场中两点电势的高低，如UAB＝－6 V．说明B点的电势比A点的电势高6 V.
2．电势差与电场力做功的关系
(1)电势差是表示电场的能的性质的物理量，只由电场本身的性质决定，电场中的电势是相对的，而电势差与零势面的选取无关．特别提醒：(1)电势是相对的量，其值与参考点的选取有关，而电势差是绝对的量，其值与参考点的选取无关．
(2)公式WAB＝qUAB既可以适用于匀强电场，也可以适用于非匀强电场． (2012·北京高二期中)在匀强电场中把2.0×10－9 C的正电荷从A点移到B点，静电力做功4×10－7 J．再把这个电荷从B点移到C点,静电力做功－6.0×107 J．求：
(1)A、B、C三点中哪点电势最高？哪点电势最低？
(2)A、B间，A、C间的电势差各是多大？
(3)把－1.5×10－9 C的电荷从A点移到C，静电力做多少功？【思路点拨】　求解本题的思路是：
(1)根据电场力做功确定A、B、C三点沿电场线的位置．
(2)根据W＝qUAB求电势差和电场力做功．【精讲精析】　(1)由于从A到B电场力对正电荷做正功，故电场线沿由A到B的方向，从B到C，电场力做负功，且WBC＞WAB，所以由A到C是逆着电场线方向，如图所示，故φC＞φA＞φB，即C点电势最高，B点电势最低．【答案】　(1)C点电势最高，B点电势最低
(2)200 V，－100 V　(3)1.5×10－7 J
【规律总结】　(1)应用公式W＝qUAB进行相关计算时，可把q、UAB、W的正负号直接代入，也可先代入绝对值后由F与位移的方向确定功的正负或电势的高低．
(2)两点间的电势差由这两点在电场中的相对位置及电场本身决定，与在这两点间移动的电荷无关．变式训练
1．如图所示，匀强电场的场强E＝1.2×102 N/C，方向水平向右，一点电荷q＝4×10－8 C沿半径R＝20 cm的圆周，从A点移动到B点，已知∠AOB＝90°，求：
(1)这一过程中电场力做的功
是正功还是负功？做功多少？
(2)A、B两点间的电势差．解析：(1)因为φB＞φA，所以将正电荷从A移到B电场力做负功，W＝－qER＝－9.6×10－7 J
(2)UAB＝－ER＝－24 V.
答案：(1)做负功　－9.6×10－7 J
(2)－24 V要点二　电场强度与电势差的关系
?学案导引
1．由U＝Ed知，U是由E与d决定的吗？
2．公式U＝Ed在应用时应注意哪些问题？特别提醒：(1)应用公式U＝Ed分析及计算时要特别注意．d是沿电场线方向的距离．
(2)由公式U＝Ed可知，沿场强方向电势降低最快． 如图所示，在匀强电场中，电荷量q＝5.0×10－10 C的正电荷，由a点移到b点和由a点移到c点，静电力做功都是3.0×10－8 J．已知a、b、c三点的连线组成直角三角形，ab＝20 cm，∠a＝37°，∠c＝90°，求：
(1)a、b两点的电势差Uab；
(2)匀强电场的场强大小和方向．【思路点拨】　解答本题需把握以下三点：
(1)电场力做功与电势差的关系为W＝Uq；
(2)电场线的方向与等势面垂直；
(3)运用公式U＝Ed时，d为两点间沿电场线方向的距离．【答案】　(1)60 V　(2)375 V/m　方向沿ac垂直指向bc变式训练
2．如图所示，在xOy平面内有一个以O为圆心、半径R＝0.1 m的圆,P为圆周上的一点，O、P两点连线与x轴正方向的夹角为θ.若空间存在沿y轴负方向的匀
强电场，电场强度大小E
＝100 V/m，则O、P两点
的电势差可表示为(　　)A．UOP＝－10sinθ(V)　 B．UOP＝10sinθ(V)
C．UOP＝－10cosθ(V) D．UOP＝10cosθ(V)
解析：选A.在匀强电场中，两点间的电势差U＝Ed，而d是沿场强方向上的距离，所以dOP＝－Rsinθ，故UOP＝100×(－0.1·sinθ)＝－10sinθ(V)，选项A正确．要点三　带电粒子在电场中的运动
?学案导引
1．带电粒子在电场中运动时，动能、速度的变化如何确定？
2．带电粒子在电场中受到与初速度方向相同的电场力时做什么运动？
3．带电粒子在电场中受到与初速度方向垂直的电场力时，做什么运动？符合什么运动规律？2．匀强电场中带电粒子的偏转
(1)运动状态分析
带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做类平抛运动．(2)偏转问题的处理方法将带电粒子的运动沿初速度方向和电场线方向进行分解(类似于平抛运动的处理方法)．如图所示，设带电粒子沿中线进入板间，忽略电容器的边缘效应．
(2012·衡阳高二期中)如图所示为一真空示波管，电子从灯丝K发出(初速度不计)，经灯丝与A板间的加速电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过电场后打在荧光屏上的P点．已知加速电压为U1，M、N两板间的电压为U2, 两板间的距离为d ，板长为L1，板右端到荧光屏的距离为L2，电子的质量为m，电荷量为e.
求：(1)电子穿过A板时的速度大小；
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量；
(3)P点到O点的距离．【思路点拨】　本题可按以下思路求解：
(1)根据动能定理求加速的末速度．
(2)根据平抛运动的研究方法求出离开偏转电场时的侧移量及速度．(2)电子以速度v0进入偏转电场后，垂直于电场方向作匀速直线运动，沿电场方向作初速度为零的匀加速直线运动．设偏转电场的电场强度为E，电子在偏转电场运动的时间为t1，电子的加速度为a，离开偏转电场时相对于原运动方向的侧移量为y1，根据牛顿第二定律和运动学公式得【答案】　见精讲精析
【方法总结】　求解带电粒子在电场中的运动时，电子、质子、原子核、正负离子一般可忽略重力，带电液滴、小球、滑块等一般不能忽略重力．变式训练
3．如图所示，质量为m，电荷量为e的粒子从A点以v0的速度沿垂直电场线方向的直线AO方向射入匀强电场，由B点飞出电场时速度方向与AO方向成45°.已知AO的水平距离为d.(重力不计)求：
(1)从A点到B点用的时间；
(2)匀强电场的电场强度大小；
(3)A、B两点间电势差．(1)小球由A点滑到B点的过程中电场力做的功；
(2)A、C两点的电势差．【规律总结】　因为Q是正点电荷，所以以Q为圆心的球面是一个等势面，这是一个重要的隐含条件．由A点到B点的过程中电场力是变力，所以不能直接用W＝Fs求解，只能考虑运用功能关系. (2012·厦门高二检测)匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点，AB的长度为1 m，D为AB的中点，如图所示．已知电场线的方向平行于△ABC所在平面，A、B、C三点的电势分别为14 V、6 V和2 V．设场强大小为E，一电荷量为1×10－6 C的正电荷从D点移到C点，电场力所做的功为W，则(　　)A．W＝8×10－6 J，E>8 V/m
B．W＝6×10－6 J，E>6 V/m
C．W＝8×10－6 J，E≤8 V/m
D．W＝6×10－6 J，E≤6 V/m【答案】　A 如图所示，实线为电场线,虚线为等势线，且AB＝BC，电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为φA、φB、φC，AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC，则下列关系中不正确的是(　　)
A．φA>φB>φC
B．EC>EB>EA
C．UABD．UAB＝UBC【精讲精析】　由图中电场线的分布规律可知，电场不是匀强电场，C附近稠密，A附近稀疏，C附近的场强大于A附近的场强，选项B正确；由公式U＝Ed知：UBC>UAB，选项C对，D错；由电场线的方向是电势降低的方向可知选项A正确．
【答案】　D 如图所示，A、B、C是匀强电场中等腰直角三角形的三个顶点，已知A、B、C三点的电势分别为φA＝20 V，φB＝4 V，φC＝－4 V，试确定电场强度的方向．【精讲精析】　据A、B、C三点的电势特点，在AC连线取两点M和N使AM＝MN＝NC，如图所示，匀强电场中，平行且相等线段两端电势差相等．【答案】　见精讲精析