高中物理5电势差课件选修31高中选修31物理课件

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1.对电势差概念的理解
(1)对电势差的四点说明:
①电场中两点间的电势差,由电场本身决定,与在这两点间移动的电荷的电荷
量、静电力做功的大小无关。在确定的电场中,即使不放入电荷,任何两点间的电
势差也有确定值。
②讲到电势差时,必须明确所指的是哪两点的电势差。A、B间的电势差记
为UAB,B、A间的电势差记为UBA。
5
电势差
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-1-
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1.理解电势差的概念,知道电势差与电势零点的选取无关。
2.掌握两点间电势差的表达式。
3.知道静电力做功与电势差之间的关系,会应用公式进行(jìnxíng)相关的计算。
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特别提醒用WAB=qUAB求电场力做功时,不必考虑静电力的大小和电荷移动
的路径,对于静电力是变力时,也同样适用。
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电势差的计算
【例1】 在电场中将一个电荷量为-6×10-8 C的点电荷从A点移到B点,静电力
联 单位
系 标矢性
物理意义
电势 φ
电势差 U
电势能与电荷量的比 电场力做功与电荷量的
E
W
比值 U= q
值 φ=
q
由电场和在电场中的 由电场和场内两点位置
位置决定
决定
有,与电势零点的选
无,与电势零点的选取无
取有关
关
UAB=φA-φB,当 φB=0 时,UAB=φA
相同,均是伏特(V),常用的还有 kV、mV 等
②涉及WAB、UAB、q三者关系的计算时,可将各量的正负号及数值一并
代入进行计算,也可以(kěyǐ)各物理量都取绝对值,静电力做功的正负要根据电
荷的移动方向及所受静电力的方向的具体情况来确定,电势差的正负要看在
电场中的始末位置及电场强度方向。
③应用WAB=qUAB与W=qElcos α相比优势之处:不必考虑静电力的大小。
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(3)各物理量的符号问题:
①WAB、UAB、q均可正可负,WAB取正号表示静电力做正功,UAB取正号表
示φA>φB,q取正号表示试探电荷为正电荷。WAB取负号表示静电力做负
功,UAB<0表示φA<φB,q取负号表示试探电荷为负电荷。
但要注意变力做功不能直接用W=Fs计算。
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电场强度、电势差、电势、电势能的关系
【例3】 如图所示,a、b、c是一条电场线上三个点,电场线的方向由a到c,a、
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解析:电场线是一条直线,可以来源于下列几种情况(如图所示),所以B、C、D不
对,只有A项对。
答案:A
题后反思(1)电场强度、电势都是由电场本身决定的,与是否放入电荷无关;
而电势能是由电场和电荷共同决定的。(2)电场强度是描述电场强弱和方向的
No
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(2)UBC=-750 V,WBC=qUBC=-3×10-5 J。
答案:(1)2×10-5 J (2)-3×10-5 J
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电场中功能关系的应用
【例2】 如图所示,光滑绝缘细杆竖直放置,它与以电荷量为Q的点电荷为圆
③电势差为标量,有正、负之分,电势差的正负表示电场中两点间的电势的
高低(gāodī)。
④电场中两点间的电势差与电势零点的选取无关。
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(2)电势(diànshì)和电势(diànshì)差的比较:
比较内容
定义
区
别 决定因素
相对性
数值关系
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2.对WAB=qUAB的理解
(1)WAB=qUAB的理解:静电力做的功由电荷量及两点间电势差决定,与路径
(lùjìng)无关。
(2)UAB=


的理解: 、
两点间的电势差, 数值上等于单位正电
荷由移到时, 静电力所做的功, 但电势差的大小只与电场中
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触类旁通例1中,若使一个q=4×10-8 C的点电荷在电场中移动。
(1)由A移到B静电力做多少功?
(2)由B移到C静电力做多少功?
解析:(1)因为UAB=500 V,所以
WAB=qUAB=2×10-5 J。
物理量,也是反映电场力的性质的物理量;而电势和电势能是反映电场能的性质
的物理量。(3)电势、电势能的大小与电势零点的选取有关,是相对的。
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内容(nèiróng)总结
5 电势差。3.知道静电力做功与电势差之间的关系,会应用公式进行相关的计算。④电场中两点间
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.φa>φb>φc
B.Ea>Eb>Ec
C.φa-φb=φb-φc
D.Ea=Eb=Ec
点拨:审题时应特别注意只有一条电场线,无法判断周围电场线的疏密。
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即可得UAC。
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(lèixíng) (lèixíng)
解析:(1)因为杆是光滑的,所以小球从 A 到 B 过程中只有两个力
做功:静电力做功 WE 和重力做功 mgh,由动能定理得 WE+mgh=
1
2 , 代入已知条件vB=
功WAB=qUAB,该公式不仅适用于匀强电场,而且对
非匀强电场(或任何电场)
也成立。
(4)电势差也可以这样定义:在电场中把检验电荷从A点移动到B点,静电力所做
的功WAB跟被移动的电荷的电荷量q的比值叫作A、B两点间的电势差。公式记
作
UAB=

。

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动路径。特别是静电力是变力时,静电力做功不能用W=Eqlcos α来计算,只能用
WAB=qUAB来计算。
(4)只有静电力做功时,WAB=EpA-EpB,即功等于电势能的减少,WAB=EkB-EkA,即
功等于动能的增加,且电势能与动能之和保持不变。
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(lèixíng) (lèixíng)
题后反思此类问题往往涉及的力学规律较多,解答时首先分析带电粒子的受
力情况,然后再分析各力做功情况及电势能、动能的变化,用动能定理求解,
-8
-8
V=500 V,
V=-750 V,
则 UAC=UAB+UBC=500 V-750 V=-250 V。
(2)取 φC=0,φA=UAC=-250 V。
答案:(1)-250 V
(2)-250 V
题后反思电势和电势差都是反映电场能的性质的物理量,但电势是相对量,电
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势差是绝对量,因此,用电势差更能反映电场能的性质。
都是标量,均具有正负
均是描述电场的能的性质的物理量
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特别提醒(1)电势、电势差、电场强度三者间不能由其中一个物理量确
定其余两个物理量。例如,电势高(或低)时,电势差不一定大(或小),电场强度
不一定大(或小)。
(2)电势差与高度(gāodù)差有很多相似之处,理解时两者可加以类比。
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电势差
(1)电场中任意两点间的电势之差叫作电势差,也叫作电压,它与电势零点的选取
(xuǎnqǔ)无关。
(2)电场中A点的电势记作φA,B点的电势记作φB,则A、B两点间的电势差表示成
UAB=φA-φB,B、A两点间的电势差表示成UBA=φB-φA。
(3)电荷q在电场中从A点移动到B点,A、B两点间的电势差为UAB,则静电力做的
解析:(1)解法一:把电荷从A移到C静电力做功
WAC=WAB+WBC=-3×10-5 J+4.5×10-5 J=1.5×10-5 J。
则A、C间的电势差
UAC=


=
1.5×10-5
-6×10
解法二:UAB=
UBC=


=


-8
=
-3×10-5
-6×10
4.5×10-5
-6×10
V=-250 V。
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特别提醒(1)在系统(xìtǒng)中只有静电力做功的情况下,电势能和动能互相转化,
总量保持不变。
(2)在系统中只有重力和静电力做功,没有其他力做功的情况下,电势能和机
械能互相转化,总量保持不变。
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3.静电力做功的四种计算方法
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:
(1)求A与C两点间的电势差;
(2)取C点为电势零点时,A的电势为多大?
UAB=


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的电势差与电势零点的选取无关。(1)WAB=qUAB的理解:静电力做的功由电荷量及两点间电势差决定,
与路径无关。(1)小球由A到B的过程中静电力做的功。点拨:借助功能关系可求出由A到B的过程中静电力
做的功。点拨:审题时应特别注意只有一条电场线,无法判断周围电场线的疏密(shū mì)。而电势能是由
电场和电荷共同决定的
(1)功的定义法:
由公式WAB=FlAB计算,此公式只适用于匀强电场,又可变形为WAB=EqlAB,式
中E为匀强电场的电场强度,lAB为电荷(diànhè)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=EpA-EpB。
(4)动能定理法:
W电场力+W其他力=ΔEk。
心的某圆交于B、C两点,质量为m、电荷量为-q的有孔小球从杆上A点无初速度
下滑。已知q≪Q,AB=h,小球滑到B点时的速度大小
为 3ℎ, 求:
(1)小球由A到B的过程中静电力做的功;
(2)A、C两点的电势差。
点拨:借助功能关系可求出由A到B的过程中静电力做的功;因UAB=UAC,求出
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1
ℎ。
2
1
2
3ℎ得静电力做功WE= ·3gh-mgh=
(2)因为 B、C 在同一个等势面上,所以 φB=φC,
即 UAC=UAB
由 W=qU 得 UAB=UAC=


=
ℎ
2
因为点电荷为正电荷,由电场线的方向可以判断 φA<φB=φC
所以 A、C 两点的电势差 UAC=−
1
2
答案:(1) ℎ (2) −