高二物理人教版選修3-1課件 第1章靜電場(chǎng) 第5節(jié)《電勢(shì)差》

歡迎進(jìn)入物理課堂 第五節(jié)電勢(shì)差 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 理解電勢(shì)差的概念 知道電勢(shì)差與零電勢(shì)點(diǎn)的選擇無關(guān) 2 掌握兩點(diǎn)間電勢(shì)差的表達(dá)公式 知道兩點(diǎn)之間電勢(shì)差的正負(fù)號(hào)與這兩點(diǎn)的電勢(shì)高低之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 3 知道在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做功與兩點(diǎn)間電勢(shì)差之間的關(guān)系 會(huì)應(yīng)用靜電力做功的公式進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算 重點(diǎn)難點(diǎn) 應(yīng)用UAB 進(jìn)行有關(guān)計(jì)算 易錯(cuò)問題 在應(yīng)用UAB WAB q進(jìn)行有關(guān)計(jì)算時(shí) 各量的符號(hào)易出現(xiàn)錯(cuò)誤 一 電勢(shì)差的定義1 電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)的差值叫做 也叫 電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差與的選取無關(guān) 2 UAB A B UBA B A 因此UAB 可見 電勢(shì)差可以是正值 也可以是負(fù)值 電勢(shì)差 電壓 零電勢(shì)面 UBA 二 靜電力做功與電勢(shì)差的關(guān)系設(shè)電荷q在電場(chǎng)中從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn) 則WAB EpA EpB q A q B q A B 則UAB qUAB 一 電勢(shì)差概念的理解1 電勢(shì) 電勢(shì)差的關(guān)系與高度 高度差的關(guān)系對(duì)比如下表 2 電勢(shì)差與電勢(shì)的區(qū)別和聯(lián)系 電勢(shì)差的正負(fù) 不代表電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大小 只是區(qū)分兩點(diǎn)電勢(shì)的高低 如5V與 5V表示電勢(shì)差的大小是一樣的 3 利用公式UAB 和WAB qUAB時(shí) 各量的正 負(fù)號(hào)有兩種處理方法 帶正 負(fù)號(hào)進(jìn)行運(yùn)算 根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正 負(fù)判斷電勢(shì)高低或功的正 負(fù) 只將絕對(duì)值代入公式運(yùn)算 例如計(jì)算WAB 無論q UAB正負(fù) 只將它們的絕對(duì)值代入公式 若要求WAB的正負(fù) 可根據(jù)靜電力方向和位移方向的夾角判定 2 靜電力做功的求法 1 利用功的定義求解在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 WAB qE d 其中d為電荷沿電場(chǎng)線方向的位移 2 利用靜電力做功與電勢(shì)能變化量的關(guān)系求解WAB EpA EpB Ep 3 利用電勢(shì)差與靜電力做功的關(guān)系求解WAB qUAB 4 僅有靜電力做功時(shí) 利用動(dòng)能定理求解W電 Ek2 Ek1 1 WAB qE d只適用于恒力F qE做功 與物體是否受其他力無關(guān) 2 WAB qUAB適用于任何電場(chǎng) 勻強(qiáng)電場(chǎng)和非勻強(qiáng)電場(chǎng) 當(dāng)q用電子所帶電荷量e為單位時(shí) 得到功的單位為eV 電子伏特 1eV 1 6 10 19J 3 動(dòng)能定理適用于電荷只受靜電力作用時(shí) W電 Ek2 Ek1 有一個(gè)帶電荷量q 3 10 6C的點(diǎn)電荷 從某電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn) 電荷克服電場(chǎng)力做6 10 4J的功 從B點(diǎn)移到C點(diǎn) 電場(chǎng)力對(duì)電荷做9 10 4J的功 問 例1 1 AB BC CA間電勢(shì)差各為多少 2 如以B點(diǎn)電勢(shì)為零 則A C兩點(diǎn)的電勢(shì)各為多少 電荷在A C兩點(diǎn)的電勢(shì)能各為多少 2 若 B 0 由UAB A B得 A UAB 200V 由UBC B C得 C B UBC 0 300V 300V電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能EpA q A 3 10 6 200J 6 10 4J電荷在C點(diǎn)的電勢(shì)能EpC q C 3 10 6 300J 9 10 4J 答案 1 200V 300V100V 2 200V300V 6 10 4J 9 10 4J 思維總結(jié) 1 兩種求電勢(shì)差的方法各有利弊 取絕對(duì)值的方法 判斷正負(fù)較為煩瑣 但對(duì)公式的記憶卻較為容易 只要在公式中代入各量的絕對(duì)值計(jì)算即可 而取代數(shù)值的方法 需先根據(jù)各量的性質(zhì) 特點(diǎn)對(duì)它的正 負(fù)做出判斷 然后代入公式直接計(jì)算即可 2 對(duì)電勢(shì)差要注意角標(biāo)的排序 如 UAB UBA UAB UBC UCD UAD 3 若求某點(diǎn)的電勢(shì) 必須明確規(guī)定電勢(shì)零點(diǎn)在哪里 然后根據(jù)兩點(diǎn)間的電勢(shì)差計(jì)算 1 2009年高考浙江理綜卷 空間存在勻強(qiáng)電場(chǎng) 有一電荷量q q 0 質(zhì)量m的粒子從O點(diǎn)以速率v0射入電場(chǎng) 運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)速率為2v0 現(xiàn)有另一電荷量 q 質(zhì)量m的粒子以速率2v0仍從O點(diǎn)射入該電場(chǎng) 運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速率為3v0 若忽略重力的影響 則 A 在O A B三點(diǎn)中 B點(diǎn)電勢(shì)最高B 在O A B三點(diǎn)中 A點(diǎn)電勢(shì)最高C OA間的電勢(shì)差比BO間的電勢(shì)差大D OA間的電勢(shì)差比BA間的電勢(shì)差小 2008年高考海南卷 靜電場(chǎng)中 帶電粒子在電場(chǎng)力作用下從電勢(shì)為 a的a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至電勢(shì)為 b的b點(diǎn) 若帶電粒子在a b兩點(diǎn)的速率分別為va vb 不計(jì)重力 則帶電粒子的比荷為 例2 思路點(diǎn)撥 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 因不知是否為勻強(qiáng)電場(chǎng) 所以動(dòng)能定理比較好用 解析 根據(jù)動(dòng)能定理 Wab Ek列式得 答案 C 題后反思 動(dòng)能定理適用于各種運(yùn)動(dòng) 各種場(chǎng)合 與做功和能量相關(guān)的問題可先考慮使用動(dòng)能定理解決 2 如圖1 5 1所示 質(zhì)量為m 帶電荷量為q的粒子 以初速度v0從A點(diǎn)豎直向上射入真空中的沿水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 粒子通過電場(chǎng)中B點(diǎn)時(shí) 速率vB 2v0 方向與電場(chǎng)的方向一致 則A B兩點(diǎn)的電勢(shì)差為 圖1 5 1 如圖1 5 2所示 虛線為靜電場(chǎng)中的等勢(shì)面1 2 3 4 相鄰的等勢(shì)面之間的電勢(shì)差相等 其中等勢(shì)面3的電勢(shì)為零 一帶正電的點(diǎn)電荷在靜電力的作用下運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過a b兩點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能分別為26eV和5eV 當(dāng)這一點(diǎn)電荷運(yùn)動(dòng)到某一位置 其電勢(shì)能變?yōu)?8eV時(shí) 它的動(dòng)能應(yīng)為 例3 A 8eVB 13eVC 20eVD 34eV 思路點(diǎn)撥 電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過程中 只有靜電力對(duì)電荷做功 因此電荷的能量守恒 圖1 5 2 解析 由于電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)只有靜電力做功 因此能量之間的轉(zhuǎn)化只有動(dòng)能和電勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化 1 2 3 4為等差等勢(shì)面 等勢(shì)面3的電勢(shì)為零 從等勢(shì)面1到等勢(shì)面4電荷減少的動(dòng)能為21eV 所以從1到3減少的動(dòng)能為14eV 故電荷在等勢(shì)面3上的動(dòng)能為12eV 故當(dāng)電勢(shì)能為 8eV時(shí) 動(dòng)能為20eV 答案 C 思維總結(jié) 1 帶電粒子只有電場(chǎng)力做功時(shí) 電勢(shì)能和動(dòng)能之和不變 在涉及重力做功時(shí) 電勢(shì)能 重力勢(shì)能與動(dòng)能之和不變 2 一般先是在零電勢(shì)面處求能量總量 然后再求解電荷通過其他等勢(shì)面時(shí)的有關(guān)問題 3 如圖1 5 3所示 平行直線為勻強(qiáng)電場(chǎng)中的一組電場(chǎng)線 有一個(gè)電荷量q 2 10 2C的正電荷僅受電場(chǎng)力的作用由A點(diǎn)沿曲線運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) 虛線 是其可能運(yùn)動(dòng)的軌跡 已知這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中電荷的動(dòng)能減少了2J 設(shè)B點(diǎn)電勢(shì)為零 則以下說法中正確的是 A 電場(chǎng)強(qiáng)度方向向左B 電荷沿軌跡 運(yùn)動(dòng)C A點(diǎn)的電勢(shì)為100VD 電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能為2J 圖1 5 3 1 下列說法正確的是 A 電勢(shì)差與電勢(shì)一樣 是相對(duì)量 與零點(diǎn)的選取有關(guān)B 電勢(shì)差是一個(gè)標(biāo)量 沒有正值和負(fù)值之分 C 由于電場(chǎng)力做功跟移動(dòng)電荷的路徑無關(guān) 所以電勢(shì)差也跟移動(dòng)電荷的路徑無關(guān) 只跟這兩點(diǎn)的位置有關(guān)D A B兩點(diǎn)的電勢(shì)差是恒定的 不隨零電勢(shì)面的不同而改變 所以UAB UBA解析 選BC 電勢(shì)差與電勢(shì)零點(diǎn)的選取無關(guān) 故A錯(cuò)誤 由電勢(shì)差的物理意義知 B C正確 而UAB UBA 故D錯(cuò)誤 2 對(duì)于電場(chǎng)中A B兩點(diǎn) 下列說法中正確的是 A 電勢(shì)差的定義式UAB 說明兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UAB與電場(chǎng)力做功WAB成正比 與移動(dòng)電荷的電荷量q成反比B 把正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)電場(chǎng)力做正功 則有UAB 0 C 電勢(shì)差的定義式中 UAB與移動(dòng)電荷的電荷量q無關(guān)D 電場(chǎng)中A B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UAB等于把正電荷q從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力做的功解析 選BC 根據(jù)電勢(shì)差的定義 電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于將單位正電荷從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)時(shí)靜電力所做的功 僅由電場(chǎng)及兩點(diǎn)的位置決定 與移動(dòng)的電荷量及做功的多少無關(guān) 即U 也是比值定義式 故應(yīng)選B C 3 一個(gè)帶正電的質(zhì)點(diǎn) 電荷量q 2 0 10 9C 在靜電場(chǎng)中由a點(diǎn)移到b點(diǎn) 在這個(gè)過程中 除電場(chǎng)力外 其他力做功6 0 10 5J 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能增加了8 0 10 5J 則a b兩點(diǎn)的電勢(shì)差 a b為 A 3 104VB 1 104VC 4 104VD 7 104V 解析 選B 由動(dòng)能定理 外力對(duì)物體做功的代數(shù)和等于物體動(dòng)能的增量 得電場(chǎng)力對(duì)物體做的功W 8 0 10 5J 6 0 10 5J 2 0 10 5J 由W q a b 得 a b W q 1 104V 所以只有B對(duì) 4 2010年海淀區(qū)高二質(zhì)量檢測(cè) 如圖1 5 4所示 實(shí)線為電場(chǎng)線 虛線為等勢(shì)面 相鄰兩等勢(shì)面間的電勢(shì)差相等 一個(gè)正電荷在等勢(shì)面L3處的動(dòng)能為20J 運(yùn)動(dòng)到等勢(shì)面L1處時(shí)動(dòng)能為零 現(xiàn)取L2為零電勢(shì)參考平面 則當(dāng)此電荷的電勢(shì)能為4J時(shí) 它的動(dòng)能為 不計(jì)重力及空氣阻力 A 16JB 10JC 6JD 4J 圖1 5 4 解析 選C 正電荷在電場(chǎng)中只受電場(chǎng)力的作用 在L3時(shí) 動(dòng)能為20J 運(yùn)動(dòng)到L2等勢(shì)面時(shí)其動(dòng)能一定是10J 此時(shí)電勢(shì)能為零 則此正電荷動(dòng)能和電勢(shì)能總和為10J 當(dāng)它的電勢(shì)能為4J時(shí) 動(dòng)能為6J 所以C正確 5 如圖1 5 5所示 電場(chǎng)中某一電場(chǎng)線為一直線 線上有A B C三個(gè)點(diǎn) 電荷q1 10 8C 從B點(diǎn)移到A點(diǎn)時(shí)靜電力做了10 7J的功 電荷q2 10 8C 在B點(diǎn)的電勢(shì)能比在C點(diǎn)時(shí)大10 7J 那么 圖1 5 5 1 比較A B C三點(diǎn)的電勢(shì)高低 由高到低的排序是 2 A C兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是 V 3 若設(shè)B點(diǎn)的電勢(shì)為零 電荷q2在A點(diǎn)的電勢(shì)能是 J 答案 1 C B A 2 20 3 10 7 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全