2.3 电势差 课件 (5)

课件33张PPT。第3讲　电势差目标定位
1.理解电势差，了解电势差与电场力做功之间的关系，会用公式W＝qUAB进行有关的计算.2.了解电势差与电场强度之间的关系，会用公式 进行有关的计算.3.了解示波管的工作原理．预习导学 梳理·识记·点拨 一、电势差与电场力做功
1.电势差：电场中两点 的差值叫做电势差；设A点电势为φA，B点电势为φB，则A、B两点的电势差UAB＝ ；电势差在电路中也称为 ，用符号 表示.
2.电场力做功与电势差的关系：WAB＝ ，电势差的单位是 .
3.在研究原子、原子核的时候，常用电子伏特做能量单位，
1 eV＝ .电势φA－φB电压UqUABV1.60×10－19 J二、电场强度与电势差的关系
在匀强电场中，电场强度等于沿 方向 上的电势差，即 ，E是 电场的场强，d是沿 方向的距离，上式说明电场强度的单位可以为V/m.
想一想　电场中A、B两点间的电势差大，那么两点间场强一定大吗？
答案　场强是指沿电场线方向每单位距离上的电势差，A、B两点间的距离不清楚，所以两点间场强不能确定大小关系.场强单位距离匀强电场强度三、示波管的工作原理
1.示波器的构成：主要由 、偏转板和 组成.
2.工作原理：电子在加速电场中被 ，在偏转电场中发生 ，飞出平行金属板后做 运动.电子枪荧光屏加速偏转匀速直线想一想　示波管两对偏转电极要是都不加电压，荧光屏上会出现什么图象？若只加竖直方向上的恒定电压，荧光屏上会出现什么图象？
答案　两个偏转电极都不加偏转电压，则电子不会进行偏转，所以会打在荧光屏的中心形成一个亮斑；若只加竖直方向上的恒定电压，则电子在竖直方向上偏转，且偏转距离相同，在荧光y轴上出现一个亮斑.课堂讲义 理解·深化·探究一、电势差与电场力做功
1.电势差与电势的关系
(1)讲到电势差时，必须指明是哪两点间的电势差，A、B间的电势差记为UAB, B、A间的电势差记为UBA.
(2)电势差的正负表示电场中两点电势的相对高低，若UAB＞0，则φA＞φB；若UAB＜0，则φA＜φB.
(3)电场中两点间的电势差与电势零点的选取无关.2.对公式WAB＝qUAB或 的理解(1) 可以看成电势差的定义式，是按比值法定义的物理量.电势差UAB由电场本身决定，与q、WAB无关.
(2)在一般的计算中，各物理量都要带入符号，即WAB、UAB、q均可正可负，其中WAB取正号表示从A点移动到B点时静电力做正功，WAB取负号表示从A点移动到B点时静电力做负功，做负功时也可以说成电荷克服电场力做了功.
(3)注意：用公式WAB＝qUAB或 计算时W与U的角标要对应.例1 在电场中把一个电荷量为－6×10－8 C的点电荷从A点移到B点，电场力做功为－3×10－5 J，将此电荷从B点移到C点，电场力做功4.5×10－5 J，求A点与C点间的电势差.
解析　求解电势差可有两种方法：一种是电场力做的功与电荷量的比值，另一种是两点间电势的差值.法一　把电荷从A移到C电场力做功
WAC＝WAB＋WBC
＝(－3×10－5＋4.5×10－5) J
＝1.5×10－5 J.
则A、C间的电势差法二　
则UAC＝UAB＋UBC＝(500－750)V＝－250 V.答案　－250 V借题发挥　(1)电场力做功与路径无关，只与始、末两点的位置有关，故WAC＝WAB＋WBC.(2)在利用公式 进行有关计算时，有两种处理方案，方案一：各量均带正负号运算.但代表的意义不同.WAB的正、负号表示正、负功；q的正、负号表示电性，UAB的正、负号反映φA、φB的高低.计算时W与U的角标要对应，即WAB＝qUAB，WBA＝qUBA.方案二：绝对值代入法.W、q、U均代入绝对值，然后再结合题意判断电势的高低.二、电场强度与电势差的关系
1.公式U＝Ed和 只适用于匀强电场的定量计算，其中d为A、B两点沿电场方向的距离.
2.电场中A、B两点的电势差U跟电荷移动的路径无关，由电场强度E及A、B两点沿电场方向的距离d决定.
3. 说明电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势，且场强方向就是电势降低最快的方向.4.在非匀强电场中，公式 可用来定性分析问题，由
可以得出结论：在等差等势面越密的地方场强就越大，如图1甲所示.再如图乙所示，a、b、c为某条电场线上的三个点，且距离ab＝bc，由于电场线越密的地方电场强度越大，故Uab＜Ubc.图1例2 如图2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，
场强大小E＝100 V/m，则O、P两点的电势差
可表示为(　　)
A.UOP＝－10sin θ(V) B.UOP＝10sin θ(V)
C.UOP＝－10cos θ(V) D.UOP＝10cos θ(V)图2解析　在匀强电场中，UOP＝－E·Rsin θ＝－10sin θ(V)，故A对.
答案　A借题发挥　正确理解公式U＝Ed或 各量的物理含义，特别是d的物理意义，是分析场强与电势差关系的关键.例3　如图3所示，MN板间匀强电场E＝2.4×104 N/C，方向竖直向上.场上A、B两点相距10 cm，AB连线与电场方向夹角θ＝60°，A点和M板相距2 cm，
(1)此时UBA等于多少；
(2)一点电荷Q＝5×10－8 C，它在A、B两
点电势能差为多少；若M板接地，A点
电势是多少；B点电势是多少.图3解析　在匀强电场中等势面与电场线垂直，且φA大于φB，所以UBA＝φB－φA为负值.又因为在匀强电场中 ，则UAB＝E·dAB.UAB＝2.4×104×0.05 V＝1 200 V
即UBA＝－UAB＝－1 200 V.正电荷在电势高处电势能大，电势能差为：
ΔEp＝EpA－EpB＝QUAB＝5×10－8×1 200 J＝6×10－5 J
若M板接地，M板电势为0，A点电势比零低，
UMA＝φM－φA＝EdMA＝480 V，
则φA＝－480 V，φB＝－480 V－1 200 V＝－1680 V.
答案　(1)－1 200 V　
(2)6×10－5 J　－480 V －1 680 V三、示波管的工作原理
1.偏转板不加电压时：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑.
2.在XX′(或YY′)加电压时：若所加电压稳定，则电子被加速，偏转后射到XX′(或YY′)所在直线上某一点，形成一个亮斑(不在中心).3.示波管实际工作时，竖直偏转板和水平偏转板都加上电压.一般地，加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压，加在水平偏转板上的电压是扫描电压，若两者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压在一个周期内随时间变化的波形图.例4 　示波管原理图如图4所示，当两偏转板XX′、YY′电压为零时，电子枪发射出的电子经加速电压加速后会打在荧光屏上的正中间(图示坐标的O点，其中x轴与XX′电场场强方向重合，x轴正方向垂直纸面指向
纸内，y轴与YY′电场场强方向重
合).若要电子打在图示坐标的
第Ⅲ象限，则(　　)图4A.X、Y极接电源的正极，X′、Y′接电源的负极
B.X、Y′极接电源的正极，X′、Y接电源的负极
C.X′、Y极接电源的正极，X、Y′接电源的负极
D.X′、Y′极接电源的正极，X、Y接电源的负极解析　将粒子的运动沿着x、y和初速度方向进行正交分解，沿初速度方向不受外力，做匀速直线运动；
打在第三象限，故经过YY′区间时电场力向下，即Y接负极；
打在第三象限，故经过XX′区间时电场力向外，即X接负极；故选D.
答案　D对点练习 巩固·应用·反馈电势差与电场力做功1.有一带电荷量q＝－3×10－6 C的点电荷，从电场中的A点移到B点时，克服电场力做功6×10－4 J.从B点移到C点电场力做功9×10－4 J.
(1)AB、BC、CA间电势差各为多少；
解析　电荷由A移到B克服电场力做功即电场力做负功，WAB＝－6×10－4 J.UCA＝－(UAB＋UBC)＝100 V.答案 UAB＝200 V　UBC＝－300 V　UCA＝100 V(2)如以B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少；电荷在A、C两点的电势能各为多少.
解析 若φB＝0，由UAB＝φA－φB，得φA＝UAB＝200 V.
由UBC＝φB－φC得
φC＝φB－UBC＝0－(－300) V＝300 V.
电荷在A点的电势能
EpA＝qφA＝－3×10－6×200 J＝－6×10－4 J.电荷在C点的电势能
EpC＝qφC＝－3×10－6×300 J＝－9×10－4 J.
答案　φA＝200 V　φC＝300 V　EpA＝－6×10－4 J
EpC＝－9×10－4 J对电场强度与电势差的关系理解2.如图5所示，a、b、c是一条电场线上的三个点，电场线的方向由a至c，a、b间的距离等于b、c间的距离，用φa、φb、φc和Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点的电势和电场强度，可以断定(　　)
A.Ea＞Eb＞Ec B.φa＞φb＞φc
C.φa－φb＝φb－φc D.Ea＝Eb＝Ec图5解析　由“沿着电场线的方向，电势越来越低”知：φa＞φb＞φc，断定选项B对；因这一电场线不能肯定就是匀强电场中的电场线，故选项C、D不能断定是否正确；这一电场线也不能断定就是正点电荷形成的电场中的一条电场线，故选项A不能断定是否正确.正确答案为选项B.
答案　B3.如图6所示，匀强电场的电场强度E＝100 V/m，A、B两点相距0.1 m，A、B连线与电场线的夹角θ＝60°，则A、B两点的电势差为 .图6UAB＝Ed＝100×0.05 V＝5 V.5 V