2.3 电势差 —鲁科版高中物理选修3-1课件(共37张PPT)

(共37张PPT)
第3节
电势差
在重力场中，当选取的势能零点不同时，对各点高度的描述也会不同，但是高度差不会随着势能零点的改变而改变。
同理，在电场中，各点电势也会随电势零点的改变而改变，
A
B
C
D
0V
1V
2V
3V
0V
1V
2V
-1V
因此，电势的差值往往比电势更重要。
但两点间的电势的差值却保持不变。
一、电势差与电场力做功
电势差：电场中两点间电势的差值，也叫电压
则有
或者表示成
显然
1、电势差可以是正值也可以是负值，电势差的正负表示什么意义？
表示两点电势高低
2、电势的数值与零电势点的选取有关，电势差的数值与零电势点的选取有关吗？这与力学中学过的哪个概念相似？
无关
与高度相似
电荷q从电场中A点移到B点，
；
即
或
功的单位：
焦耳（J）或电子伏特（ev）
1、UAB由什么决定？跟WAB、q有关吗？
由电场本身的因素决定与WAB、q无关
2、WAB
跟q、UAB有关吗？
跟q、UAB都有关
注意：电场中A、B两点间的电势差跟移动电荷的路径无关，只与AB位置有关
例、电场中A、B两点的电势是ψA=800
V，ψB=
-200
V，把电荷q=
-1.5×10-8C由A点移到B点，电场力做了多少功？电势能是增加还是减少，增加或者减少多少？
WAB=
-1.5×10-5
J
电势能增加，增加1.5×10-5J
【例2】如图所示，在场强为E的匀强电场中，一电子（电量为e，质量为m）从电场中的A点沿电场线方向以速度v0运动，到达B点是时速度为零，求：
⑴A、B两点间电势差UAB为多少？哪点电势高？
⑵电子从A点运动到B点所用时间为多少？
⑶A、B两点间距离为多大？
例3:如图所示,在电场强度为E的匀强中ABC为直角三角形,已知AB的距离为d,
求:(1)AB两点的电势差
(2)AC两点的电势差
A
B
C
d
二、电场强度和电势差的关系
我们以匀强电场为例来确定E和U的关系.
如图所示，设在匀强电场E中，有一电荷量为q的带正电粒子在电场力作用下由A点移到B点，则电场力做功WAB，
A、B间电势差为UAB
，
A、B相距l，AB与场强方向的夹角为?．
从力的角度来看，
从能的角度来看，
由此可得：
（其中dAB是沿电场强度方向A、B间的距离）
所以，在匀强电场中
：
（1）在匀强电场中，场强在数值等于沿场强方向每单位距离上的电势差．
（2）适用条件：匀强电场，而且沿着场强的方向，即式中的d是沿场强方向两点间的距离．
（3）由此可知场强的单位V／m和N／C是一致的，即：1V／m＝1N／C．
注意：在非匀强电场中，E和U也有一定的关系，但不像在匀强电场中的关系式那么简单．
场强E的物理意义的另一种表述
注意：电势降落方向不一定是场强方向
从图中可以看出沿AB、AD、AC方向，电势都在降低，但沿AB方向距离最短，即降低得最快，场强E的方向是电势降落最快的方向
解：
6、如图，a、b、c是一条电场线上的三个点，电场线的方向由a到c,
a、b间的距离等于b、c间的距离。用ψa、
ψ
b、
ψ
c和Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点的电势和场强。下列哪个正确？
A.
ψa
＞
ψ
b
＞
ψ
c
B.
Ea＞Eb＞Ec
C.
ψ
a－ψ
b
=ψ
b－ψ
c
D.Ea=Eb=Ec
√
当堂训练
d
d
由图可知EA>EB>EC
由公式U＝Ed可以粗略判断UAB＞UBC
所以φB小于35V
C
2.图中A．B、C三点都在匀强电场中，已知AC⊥BC，∠ABC=60°，BC=20cm．把一个电量q=10－5C的正电荷从A移到B，电场力做功为零；从B移到C，电场力做功为－1.73×10－3J，则该匀强电场的场强大小和方向是
（
）
A．865V／m，垂直AC向左
B．865V／m，垂直
AC向右
C．1000V／m，垂直
AB斜向上
D．1000V／m，垂直
AB斜向下
D
示波器的面板
三、示波管的工作原理
1、示波器的作用：
观察电信号随时间变化的情况
2、示波管的结构：
由电子枪、偏转电极和荧光屏组成
3、示波管的原理
产生高速
飞行的电子束
待显示的信号电压
锯齿形
扫描电压
使电子沿
Y方向偏移
使电子沿
x方向偏移
1．示波器是一种常用的观测___________的仪器，它可以用来测量电信号的____、
____
、____等参数．
2．对于阴极射线管示波器来说，若只给竖直偏转板加变化的电压，我们会观察到一条____亮线；若只给水平偏转板加变化的电压，我们会观察到一条____亮线．
3．通常要研究的信号电压要加在_____偏转板上，水平偏转板所加电压要与信号电压具有相同的____，该电压我们称为_________.
竖直
水平
竖直
周期
扫描电压
电信号波形
周期
频率
电压
3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定
电场中的带电粒子一般可分为两类：
1、带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。
2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
1.
带电粒子在电场中的加速
E1
用牛顿运动定律分析
用动能定理分析
（加速电压）
根据动能定理：qU
=
mv2/2
或根据牛顿定律：a
=
F/m
=
qU/dm
和运动学公式：v2
=2ad
得
粒子加速后的速度只与加速电压有关
此式也适用于不是匀强电场的情况
1.
带电粒子在电场中的加速
2.
带电粒子在电场中的偏转
试根据类平抛运动的知识，推导偏移量
y和偏转角θ
（二）、带电粒子的偏转
（一）、带电粒子的加速
类平抛运动
一个电荷量为-q质量为m的带电粒子，由静止进入一个电压为U1的加速电场加速后，又垂直进入一个电压为U2的偏转电场，经偏转电场偏转后打在荧光屏上,整个装置如图示.
试分析带电粒子的运动情况(不计粒子的重力).
加速
偏转
匀速
瞬时速度是联系两个过程的桥梁
（三）、带电粒子的加速偏转
三、带电粒子的加速偏转
Y
Y’
X
X’
-
+
-
-
+
-
若金属板水平放置
电子将竖直偏转
若金属板竖直放置
电子将水平偏转
偏转电极的放置方式
例6、如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角θ变大的是
（
）
A、U1变大、U2变大
B、U1变小、U2变大
C、U1变大、U2变小
D、U1变小、U2变小
对加速过程由动能定理：
对偏转过程由偏转角正切公式
电学搭台
力学唱戏
B
例7、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它(
)
A、侧移距离相同
B、偏转角相同
C、到达屏上同一点
D、到达屏上不同点
带电粒子的偏移量和偏转角由系统决定，而与粒子的质量、电量无关.只要电性相同的带电粒子,在电场中留下的轨迹相同,所以无法将电性相同的粒子分开.
ABC
例8、如图所示，有一电子(电量为e、质量为m)经电压U1加速后，沿平行金属板A、B中心线进入两板，A、B板间距为d、长度为l，
A、B板间电压为U2，屏CD足够大，距离A、B板右边缘2l，AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。
对加速过程由动能定理：
解析
电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：
θ
小结：
一、利用电场使带电粒子加速
二、利用电场使带电粒子偏转
从动力学和运动学角度分析
从做功和能量的角度分析
类似平抛运动的分析方法
粒子在与电场垂直的方向上做
匀速直线运动
粒子在与电场平行的方向上做
初速度为零的匀加速运动