《导与练》人教版物理选修3-1 同步教学课件：第1章 第5节 电势差

课件46张PPT。第5节　电势差(教师参考)
一、教学目标
知识与技能
1.理解电势差是描述电场的能的性质的物理量
2.知道电势差与电势零点的选取无关,熟练应用其概念及定义式进行相关的计算
3.知道电势与电势差的关系
过程与方法
引导学生通过静电力做功与电势能的变化关系以及电势的定义,推导电势差的定义式
情感态度与价值观
通过对原有知识的加工,对新旧知识的类比、概括,培养学生知识自我更新的能力三、重难点突破方略
静电力做功与电势差的关系的突破方略
【情境设置】 将电荷q从电场中A点移到B点,如图所示.
(设问1)若静电力做功为WAB,电荷q在电场中A,B两点的电势能分别为EpA,EpB,请写出静电力做功WAB与电势能变化的关系.答案:WAB=EpA-EpB.(设问2)若A,B两点的电势分别为A,B,电荷q在A,B两点具有的电势能EpA,EpB分别为多少?答案:不是,UAB与WAB,q无关.
(2)UAB与哪些因素有关?
答案:UAB与电场的性质、A,B两点的位置有关.
【教师总结】 电势差UAB与q,WAB均无关,仅与电场中A,B两位置有关.故电势差反映了电场本身的性质.自主学习课堂探究达标测评自主学习 课前预习·感悟新知(教师参考)
情境链接一
高压静电灯球是一种具有奇特观感的装饰品及实验电子工艺品.在高压静电灯球中,皮带在马达的带动下与金属刷摩擦,使位于玻璃球中部的放电电极得到高电压,从而向玻璃球内部的真空放电.在玻璃球内冲入少量的惰性气体,放电过程中,会在真空球内产生变化莫测的光波电晕,很富有奇幻色彩.放电的电荷是由什么原理产生的?若手指放在玻璃球表面,球内放电电极与人体之间的电势差是高还是低?信息
1.皮带与金属刷摩擦起电提供放电的电荷.
2.人体相当于接地,电势为零,球内放电电极为高电压,它们之间有很大的电势差.
情境链接二
有人对日常生活产生的静电做过调查和实测,在乙烯树脂地板上走动时可产生250～12 000伏静电,屁股在椅子上一蹭就会产生1 800伏以上的静电,脱化纤衣服时的静电电压可高达数万伏.这里所说的静电是如何产生的?这里所说的静电电压是指电势吗?信息
1.这里所说的静电的产生是摩擦起电.
2.不是.这里所说的静电电压是摩擦起电产生的正负电荷之间的电势的差值.教材梳理一、电势差
　　阅读教材第20页,了解电势差的概念,认识电势差的表达式.
1.定义:电场中两点间 的差值.电势3.单位:与电势单位相同,国际单位是伏特,符号为V.
4.电势差的正负:UAB为正值:A点电势比B点电势 .UAB为负值:A点电势比B点电势 .高低2.结论:静电力做功与路径无关,只与初、末位置的电势差有关.议一议 电场中两点间的电势差与电势零点的选取有关吗?qUAB 自主检测答案: (1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×BC解析:电荷在电场中从a点移到b点,静电力做功为零,则其电势能不变,电荷在初、末两位置的电势能相等,因此电荷所在的初末两位置电势相等,但初末两位置间场强不一定相等.故选项A错误,B,C正确;静电力做功为零,但不一定在移动时电荷运动方向总是与静电力方向垂直,故选项D错误.2.(多选)某电场中,点电荷从a点移到b点,静电力做功为零,则(　 　)
A.a,b两点的场强一定相等
B.a,b两点间的电势差一定为零
C.a,b两点的电势一定相等
D.电荷所受到的静电力总是垂直于其移动方向C3.对于电场中A,B两点,下列说法正确的是(　 　)
A.由电势差公式UAB=WAB/q可知两点间的电势差UAB与静电力做功WAB成正比,与移动电荷的电荷量q成反比
B.A,B两点间的电势差等于将电荷从A点移到B点静电力所做的功
C.将1 C电荷从A点移到B点,静电力做1 J的功,这两点间的电势差为1 V
D.电荷由A点移到B点的过程中,除受静电力外,还受其他力的作用,电荷电势能的变化就不再等于静电力所做的功4.关于电势差和静电力做功的说法中,正确的是(　 　)
A.电势差是矢量,静电力做的功是标量
B.在两点间移动电荷,静电力不做功,则两点间的电势差为零
C.在两点间被移动的电荷的电荷量越少,则两点间的电势差越大
D.在两点间移动电荷时,静电力做正功,则两点间的电势差大于零B　解析:电势差是标量,其正负号不表示方向,故选项A错误;在两点间移动电荷,静电力不做功,则两点间的电势差为零,选项B正确;两点间的电势差与被移动的电荷的电荷量无关,故选项C错误;若在两点间移动负电荷时,静电力做正功,则这两点间电势差为负值,故选项D错误.5.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,静电力做功为-3×10-5 J,将此电荷从B点移到C点,静电力做功为4.5×10-5 J,求A与C两点间的电势差.答案:-250 V课堂探究 核心导学·要点探究要点一对电势和电势差的理解【问题导引】
如图所示,A,B,C为同一电场线上的三点,取B点电势为零时,A,C两点的电势分别为8 V和-6 V.A,C两点间的电势差UAC是多少?C,A两点间的电势差UCA是多少?若某两点a,b间电势差Uab<0,则说明了什么??思维导图?【例1】 将一个电荷量为1×10-6 C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做功2×10-6 J.从C点移到D点,静电力做功7×10-6 J,若已知B点比C点电势高3 V,则UDA=　　　　.?答案:2 V误区警示 电势差问题的注意要点(2)电势差的正、负值与矢量中的正、负意义不同,后者确定的是某量与正方向的关系,而前者指两点间电势的高低关系.(教师备用)
变式:例1中若把该负电荷从A点移到D点,则静电力做功WAD=　　　　.?解析:由例1结果可知,UDA=2 V,
即UAD=-2 V,
而WAD=qUAD=(-1×10-6)×(-2)J=2×10-6 J.答案:2×10-6 J例1-1: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,克服静电力做功6×10-4 J,从B点移到C点时静电力做功9×10-4 J.求:
(1)AB,BC,CA间电势差各为多少?答案: (1)200 V　-300 V　100 V(2)如果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?答案:(2)200 V　300 V　-6×10-4 J　-9×10-4 J针对训练1:如图所示,A,B是一条电场线上的两个点,有一正电荷q=3×10-5 C,它在B点时具有的电势能比它在A点具有的电势能大6×10-3 J,则电场强度方向由　　　　指向　　　　,A,B间的电势差UAB=　　　　.?答案:B　A　-200 V要点二【例2】 把一个带电荷量2×10-8 C的正点电荷从无限远处移到电场中A点时,要克服静电力做功8×10-6 J,若把该电荷从无限远处移到电场中B点,需克服静电力做功2×10-6J,取无限远处电势为零.求:
(1)A点的电势;
(2)A,B两点的电势差;
(3)把2×10-5C的负电荷由A点移到B点静电力做的功.?思路探究? (1)电荷在电势为零的位置的电势能是多少?知道从电势为零的位置移到某位置过程静电力的功,如何确定该位置的电势能?
答案:电荷在电势为零的位置的电势能为零.由静电力做功的负值的多少,就可确定电势能增加的多少,从而确定电荷在某点的电势能.
(2)应用WAB=qUAB求解时,各量出现的正、负值如何处理?
答案:把各量的正、负值代入到公式中运算,但结果中一般需明确负号的意义.答案: (1)400 V　(2)300 V　(3)-6×10-3J规律方法 关系式WAB=qUAB的应用方法
(1)关系式WAB=qUAB适用于任何电场,UAB为电场中A,B两点间的电势差,WAB仅是静电力做的功,式中各量均有正负,计算中W与U的角标要对应,即WAB=qUAB,
WBA=qUBA.
(2)应用WAB=qUAB求解时,可将各量的正负号及数值一并代入计算.也可以将各量都取绝对值,先计算大小,再根据电荷的移动方向及所受静电力方向的具体情况来确定静电力做功的正负.(教师备用)
例2-1:如图所示,a,b,c,d为匀强电场中四个等差等势面,相邻等势面间距离为2cm,
已知UAC=60 V,求:
(1)设B点电势为零,求A,C,D,P点的电势;
(2)将q1=-1.0×10-10C的点电荷由A移到D静电力所做的功WAD;
(3)将q2=1.0×10-10C的点电荷由B移到C,再经过D最后回到P,静电力所做的功WBCDP.(3)由于静电力做功与路径无关,只与初末位置有关,则WBCDP=q2UBP=0.答案: (1)30 V　-30 V　-60 V　0
(2)-9.0×10-9J　(3)0针对训练2:(2016临川一中期中)某一空间中存在电场,电荷q由A点移到B点静电力做功为6.0×105 J.则下列选项正确的是(　 　)
A.A,B两点的电势能差一定为6.0×105 J
B.A,B两点的电势差一定为6.0×105 V
C.A,B两点的动能差一定为6.0×105 J
D.A点的电势能一定为6.0×105 JA要点三静电力做功的计算方法【问题导引】
在电场中两点间移动电荷时,一般地静电力会做功.求静电力做功问题中一般有哪些方法?答案:(1)若电场为匀强电场,可由功的公式W=Flcos α求解(α为F,l之间的夹角).(3)若已知所受外力做功情况或能量转化情况,可根据动能定理或能量守恒定律求解.【例3】 如图所示的匀强电场中,有a,b,c三点,dab=4 cm,dbc=10 cm,其中ab沿电场方向,bc和电场方向成60°角,一个电荷量为q=4×10-8C的正电荷从a移到b静电力做功为Wab=1.6×10-7J,求:
(1)匀强电场的场强E.
(2)电荷从b移到c,静电力做功Wbc.
(3)a,c两点的电势差Uac.答案: (1)100 V/m　(2)2×10-7J　(3)9 V规律方法 几种求功的方法
(1)功的定义法:由公式WAB=FlABcos θ=qEl计算,此公式只适用于匀强电场,l为电荷初、末位置在电场方向上的位移.
(2)电势差法:WAB=qUAB.
(3)电势能变化法:WAB=-ΔEpAB=EpA-EpB.
(4)动能定理法:W静电力+W其他力=ΔEk.(教师备用)
例3-1: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(1)a,b两点哪点电势高?
(2)将一负电荷放在a,b两点,哪点电势能较大?
(3)若a,b两点间的电势差为100 V,将二价负离子由a点移到b点是静电力对电荷做功还是电荷克服静电力做功?做功多少?解析: (1)由正点电荷的等势面特点可判断a点的电势较高.(3)若Uab=100 V,二价负离子电荷量q=-2×1.6×10-19 C,将该离子从a点移到b点,静电力做功Wab=qUab=-3.2×10-17 J,
即克服静电力做功3.2×10-17 J.答案: (1)a　(2)b　(3)克服静电力做功　3.2×10-17 J例3-2:如图所示为一负点电荷Q产生的电场中的A,B两点,两点间的电势差为150 V.现有电荷量为7×10-6C的正电荷从B沿直线移到A,它的电势能变化多少?如果电荷从B沿图中曲线移到A,则它的电势能又变化多少?试比较A,B两点的电势高低、场强大小.(教师参考)
【教材探究】
教材P21例题第(1)问中,还有其他方法判断A,B,C点电势高低吗?达标测评 随堂演练·检测效果C1.(2016太原市五中月考)关于电势差的说法中正确的是(　 　)
A.两点间的电势差等于电荷从其中一点移到另一点时,静电力所做的功
B.电荷从电场中一点移动到另一点,如果静电力做了1 J的功,这两点间的电势差就是1 V
C.在两点间移动电荷时,静电力做功的多少跟所移动的电荷所带电荷量的多少有关
D.两点间的电势差的大小跟放入这两点的电荷的电荷量成反比C 3.(多选)如果在某电场中将5.0×10-8C的正电荷由A点移到B点,静电力做6.0×10-3J的功,则(　 　)
A.A,B两点间的电势差为3.0×10-10V
B.A,B两点间的电势差为1.2×105V
C.若将2.5×10-8C的正电荷由A点移到B点,静电力做3.0×10-3J的功
D.若将2.5×10-8C的正电荷由A点移到B点,静电力做3.0×10-17J的功BC答案: 12 V　-6 V (教师参考)
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