202X學年高中物理第一章靜電場第5節(jié)電勢差課件新人教版選修3_1

1、第第5 5節(jié)電勢差節(jié)電勢差根底知識根底知識核心要點核心要點學習效果學習效果核心素養(yǎng)核心素養(yǎng)根底知識根底知識 探究探究教材探究教材探究知識點一知識點一電勢差電勢差【問題導學】【問題導學】電場中電場中A,B,C,DA,B,C,D四點的電勢如下圖四點的電勢如下圖. .(1)A,C(1)A,C及及A,BA,B間的電勢差為多少間的電勢差為多少? ?哪個較大哪個較大? ?(2)(2)假設(shè)取假設(shè)取D D點電勢為零點電勢為零, ,那么那么A,B,CA,B,C三點的電勢為多少三點的電勢為多少?A,C?A,C及及A,BA,B間的電勢間的電勢差為多少差為多少? ?通過以上計算可以總結(jié)出電勢、電勢差各具有什么特點通過

2、以上計算可以總結(jié)出電勢、電勢差各具有什么特點? ?答案答案: :(1)U(1)UACAC=15 V,U=15 V,UABAB=10 V;U=10 V;UACACUUABAB. .【知識梳理】【知識梳理】1.1.定義定義: :電場中兩點間電場中兩點間 的差值的差值, ,叫做電勢差叫做電勢差, ,也叫電壓也叫電壓. .3.3.標矢性標矢性: :電勢差是電勢差是 , ,有正負有正負,UAB0,UAB0,表示表示A A點電勢比點電勢比B B點電勢點電勢 . .4.4.單位單位: :電勢差的單位和電勢的單位一樣電勢差的單位和電勢的單位一樣, ,為為 , ,符號是符號是 . .電勢電勢A A- -B B

3、B B- -A A 標量標量高高伏特伏特V V知識點二知識點二靜電力做功與電勢差的關(guān)系靜電力做功與電勢差的關(guān)系【問題導學】電荷量為【問題導學】電荷量為q q的電荷沿如下圖的曲線由電場中的的電荷沿如下圖的曲線由電場中的A A點運動到點運動到B B點點,A,B,A,B兩點的電勢分別為兩點的電勢分別為 A, B, A, B,那么那么: :(1)(1)電荷在電荷在A,BA,B兩點具有的電勢能分別為多少兩點具有的電勢能分別為多少? ?此過程靜電力做功此過程靜電力做功WABWAB為多少為多少? ?(2)(2)由上述問題可以得出靜電力做功與電勢差之間有什么樣的關(guān)系由上述問題可以得出靜電力做功與電勢差之間有什

4、么樣的關(guān)系? ?【知識梳理知識梳理】1.1.關(guān)系公式關(guān)系公式: :W WABAB= = 或或U UABAB= .= .2.2.物理意義物理意義: :電場中電場中A,BA,B兩點間的電勢差等于兩點間的電勢差等于 做的功與電荷量做的功與電荷量q q的比值的比值. .qUqUABABABWq靜電力靜電力思考判斷思考判斷1.1.電勢差與電勢一樣電勢差與電勢一樣, ,是相對量是相對量, ,與零電勢點的選取有關(guān)與零電勢點的選取有關(guān).(.( ) )2.2.電勢差是一個標量電勢差是一個標量, ,但是有正值和負值之分但是有正值和負值之分.(.( ) )3.3.假設(shè)假設(shè)UAB0,UAB0,說明從說明從A A到到B

5、 B電勢降低電勢降低.(.( ) )4.4.假設(shè)將電荷假設(shè)將電荷q q從電場中的從電場中的A A點分別移到點分別移到B,C,DB,C,D各點過程中各點過程中, ,靜電力做功一樣靜電力做功一樣, ,那么那么B,C,DB,C,D三點的電勢必然相等三點的電勢必然相等.(.( ) )核心要點核心要點 突破突破要點一要點一電勢和電勢差的理解電勢和電勢差的理解1.1.對電勢差的進一步理解對電勢差的進一步理解(1)(1)電勢差的客觀性電勢差的客觀性: :電勢差雖然可以由電勢差雖然可以由U UABAB= =表示表示, ,但電勢差但電勢差U UABAB由電場本身由電場本身決定決定, ,在確定的電場中在確定的電場

6、中, ,即使不放入電荷即使不放入電荷, ,任何兩點間的電勢差也有確定值任何兩點間的電勢差也有確定值. .(2)(2)電勢差的絕對性電勢差的絕對性: :電場中兩點間的電勢差與零電勢點的選取無關(guān)電場中兩點間的電勢差與零電勢點的選取無關(guān). .2.2.電勢和電勢差的比較電勢和電勢差的比較1)1)電勢的正負表示電場中某點電勢的上下電勢的正負表示電場中某點電勢的上下. .假設(shè)某點的電勢為正值假設(shè)某點的電勢為正值, ,那那么該點的電勢比零電勢點的電勢高么該點的電勢比零電勢點的電勢高; ;假設(shè)某點的電勢為負值假設(shè)某點的電勢為負值, ,那么該點的那么該點的電勢比零電勢點的電勢低電勢比零電勢點的電勢低. .2)2

7、)電勢差的正負表示電場中兩點間電勢的上下電勢差的正負表示電場中兩點間電勢的上下. .假設(shè)假設(shè)UABUAB為正值為正值, ,那么那么A A點點的電勢比的電勢比B B點的電勢高點的電勢高; ;假設(shè)假設(shè)UABUAB為負值為負值, ,那么那么A A點的電勢比點的電勢比B B點的電勢低點的電勢低. .狀元心得狀元心得【例【例1 1】 ( (多項選擇多項選擇) )下面關(guān)于靜電力做功和電勢差的說法中下面關(guān)于靜電力做功和電勢差的說法中, ,正確的選項是正確的選項是( () )A.A.電勢差的大小由靜電力在兩點間移動電荷所做的功和電荷量決定電勢差的大小由靜電力在兩點間移動電荷所做的功和電荷量決定B.B.靜電力在

8、電場中兩點間移動電荷做功的多少由這兩點間的電勢差和電荷量靜電力在電場中兩點間移動電荷做功的多少由這兩點間的電勢差和電荷量決定決定C.C.電勢差是矢量電勢差是矢量, ,靜電力做的功是標量靜電力做的功是標量D.D.在勻強電場中在勻強電場中, ,與電場線垂直的某個方向上任意兩點間的電勢差均為零與電場線垂直的某個方向上任意兩點間的電勢差均為零解析解析: :電勢差是電場中兩點間的電勢之差電勢差是電場中兩點間的電勢之差, ,電勢是描述電場能的性質(zhì)的物電勢是描述電場能的性質(zhì)的物理量理量, ,它的大小由電場的性質(zhì)決定它的大小由電場的性質(zhì)決定. .因此電勢差的大小也由電場的性質(zhì)決因此電勢差的大小也由電場的性質(zhì)決

9、定定, ,與在兩點間移動電荷所做的功和電荷量無關(guān)與在兩點間移動電荷所做的功和電荷量無關(guān), ,因而選項因而選項A A錯誤錯誤. .但在兩但在兩點間移動電荷時靜電力做的功是由這兩點間的電勢差和電荷量決定的點間移動電荷時靜電力做的功是由這兩點間的電勢差和電荷量決定的, ,所所以選項以選項B B正確正確. .電勢差是電場中兩點間的電勢之差電勢差是電場中兩點間的電勢之差, ,電勢是標量電勢是標量, ,所以電勢所以電勢差也是標量差也是標量, ,靜電力做的功也是標量靜電力做的功也是標量, ,因而選項因而選項C C錯誤錯誤. .在勻強電場中在勻強電場中, ,在與在與電場線垂直的某個方向上任意兩點間移動電荷時電

10、場線垂直的某個方向上任意兩點間移動電荷時, ,電荷的受力方向與運動電荷的受力方向與運動方向垂直方向垂直, ,由功的公式可知做功為零由功的公式可知做功為零. .由由W=qUW=qUABAB可知可知, ,這兩點間的電勢差為這兩點間的電勢差為零零, ,所以選項所以選項D D正確正確. .答案答案: :BDBD定義式與決定式的區(qū)別定義式與決定式的區(qū)別(1)(1)采用比值法定義的物理量采用比值法定義的物理量, ,其定義公式是計算該物理量的一種方式其定義公式是計算該物理量的一種方式, ,該該物理量不是由定義式中其他物理量決定的物理量不是由定義式中其他物理量決定的. .(2)(2)決定式中的相關(guān)物理量都存在

11、正比、反比關(guān)系決定式中的相關(guān)物理量都存在正比、反比關(guān)系, ,其他物理量的特性決其他物理量的特性決定了該物理量的特性定了該物理量的特性. .誤區(qū)警示誤區(qū)警示【針對訓練【針對訓練1 1】 (2021 (2021黑龍江牡丹江市一中高二測試黑龍江牡丹江市一中高二測試)()(多項選擇多項選擇) )以下說以下說法正確的選項是法正確的選項是( ( ) )A.A.電勢差與電勢一樣電勢差與電勢一樣, ,是相對量是相對量, ,與零電勢點的選取有關(guān)與零電勢點的選取有關(guān)B.B.電勢差是一個標量電勢差是一個標量, ,但有正、負之分但有正、負之分C.C.由于靜電力做功跟移動電荷的路徑無關(guān)由于靜電力做功跟移動電荷的路徑無關(guān)

12、, ,所以電勢差也跟移動電荷的路徑所以電勢差也跟移動電荷的路徑無關(guān)無關(guān), ,只跟這兩點的位置有關(guān)只跟這兩點的位置有關(guān)D.A,BD.A,B兩點的電勢差是恒定的兩點的電勢差是恒定的, ,不隨零電勢點的不同而改變不隨零電勢點的不同而改變, ,所以所以UAB=UBAUAB=UBABCBC要點二要點二U UABAB= = 的理解與應用的理解與應用1.1.應用公式應用公式UAB= UAB= 時時, ,物理量物理量WAB,qWAB,q及及UABUAB的正負值的處理方法的正負值的處理方法(1)(1)代入正、負值進展運算代入正、負值進展運算: :把電荷把電荷q q的電性和靜電力做的功的電性和靜電力做的功WABW

13、AB的正負值的正負值代入運算代入運算. .計算結(jié)果中計算結(jié)果中, ,假設(shè)假設(shè)UABUAB為正值為正值, ,那么那么A A點的電勢比點的電勢比B B點的電勢高點的電勢高; ;假假設(shè)設(shè)UABUAB為負值為負值, ,那么那么A A點的電勢比點的電勢比B B點的電勢低點的電勢低. .(2)(2)先代入絕對值運算先代入絕對值運算, ,后判斷正負后判斷正負: :計算時計算時,q,WAB,q,WAB都取絕對值都取絕對值, ,靜電力做靜電力做功的正、負根據(jù)電荷的移動方向及所受靜電力的方向的具體情況來確定功的正、負根據(jù)電荷的移動方向及所受靜電力的方向的具體情況來確定, ,電勢差的正、負根據(jù)兩點電勢的上下判斷電勢

14、差的正、負根據(jù)兩點電勢的上下判斷. .2.2.公式公式WAB=qUABWAB=qUAB適用于任何電場適用于任何電場, ,其中其中UABUAB為電場中為電場中A,BA,B兩點間的電勢差兩點間的電勢差, ,WABWAB僅是靜電力做的功僅是靜電力做的功, ,不包括從不包括從A A到到B B移動電荷時移動電荷時, ,其他力所做的功其他力所做的功. .ABWqABWq狀元心得狀元心得3)3)對公式對公式WAB=qUABWAB=qUAB理解時理解時, ,可以認為可以認為UABUAB一定時一定時,WAB,WAB與與q q成正比成正比,q,q一定一定時時,WAB,WAB與與UABUAB成正比成正比. .應用公

15、式應用公式WAB=qUABWAB=qUAB求解時求解時, ,可將各量的正負號及數(shù)值一并代入進展計可將各量的正負號及數(shù)值一并代入進展計算算; ;也可以將各物理量都取絕對值也可以將各物理量都取絕對值, ,先計算大小先計算大小, ,再根據(jù)電荷的移動方向再根據(jù)電荷的移動方向及所受靜電力的方向的具體情況來確定靜電力做功的正負及所受靜電力的方向的具體情況來確定靜電力做功的正負. .【例【例2 2】 有一帶電荷量有一帶電荷量q=-3q=-310-6 C10-6 C的點電荷的點電荷, ,從電場中的從電場中的A A點移到點移到B B點時點時, ,抑制靜電力做功抑制靜電力做功6 610-4 J,10-4 J,從從

16、B B點移到點移到C C點時點時, ,靜電力做功靜電力做功9 910-4 J.10-4 J.求求: :(1)AB,BC,CA(1)AB,BC,CA間電勢差各為多少間電勢差各為多少? ?(2)(2)如果如果B B點電勢為零點電勢為零, ,那么那么A,CA,C兩點的電勢各為多少兩點的電勢各為多少? ?電荷在電荷在A,CA,C兩點的電兩點的電勢能各為多少勢能各為多少? ?思路探究思路探究 (1)(1)可根據(jù)什么關(guān)系式來分析電勢差可根據(jù)什么關(guān)系式來分析電勢差? ?(2)(2)可由什么關(guān)系式來確定電勢能可由什么關(guān)系式來確定電勢能? ?答案答案: :(1)200 V(1)200 V-300 V-300 V

17、100 V100 V(2)200 V(2)200 V300 V300 V-6-61010-4-4 J J-9-91010-4-4 J J方法總結(jié)方法總結(jié)(2)(2)電場中各點間的電勢差可依次用代數(shù)方法相加電場中各點間的電勢差可依次用代數(shù)方法相加, ,但要注意角標的排序但要注意角標的排序, ,如如U UADAD=U=UABAB+U+UBCBC+U+UCDCD,U,UABAB=-U=-UBABA. .【針對訓練【針對訓練2 2】 (2021 (2021安徽合肥市廬陽高級中學高二月考安徽合肥市廬陽高級中學高二月考) )把帶電荷量把帶電荷量2 210-6 C10-6 C的正點電荷從無限遠處移到電場中的

18、正點電荷從無限遠處移到電場中A A點點, ,要抑制靜電力做功要抑制靜電力做功8 810-8 10-8 J,J,假設(shè)把該電荷從無限遠處移到電場中假設(shè)把該電荷從無限遠處移到電場中B B點點, ,需抑制靜電力做功需抑制靜電力做功2 210-8 J,10-8 J,取無限遠處電勢為零取無限遠處電勢為零. .求求: :(1)A(1)A點的電勢點的電勢; ;(2)A,B(2)A,B兩點的電勢差兩點的電勢差; ;(3)(3)把把2 210-5 C10-5 C的負電荷由的負電荷由A A點移到點移到B B點靜電力做的功點靜電力做的功. .(3)(3)靜電力做的功靜電力做的功W=qUW=qUABAB=-2=-210

19、10-5-50.03 J=-60.03 J=-61010-7-7 J. J.答案答案: :(1)0.04 V(1)0.04 V(2)0.03 V(2)0.03 V(3)-6(3)-61010-7-7 J J要點三要點三靜電力做功的計算方法靜電力做功的計算方法四種求法四種求法表達式表達式注意問題注意問題功的定義功的定義W=Fd=qEdW=Fd=qEd(1)(1)適用于勻強電場適用于勻強電場(2)d(2)d表示沿電場線方向的距離表示沿電場線方向的距離功能關(guān)系功能關(guān)系(1)W(1)WABAB=E=EpApA-E-EpBpB(2)W(2)WABAB=-E=-Ep p(1)(1)既適用于勻強電場既適用于

20、勻強電場, ,也適用于非勻強電場也適用于非勻強電場(2)(2)既適用于只受靜電力的情況既適用于只受靜電力的情況, ,也適用于受多種力的情況也適用于受多種力的情況電勢差法電勢差法W WABAB=qU=qUABAB動能定理動能定理W W靜電力靜電力+W+W其他力其他力=E=Ek k【例【例3 3】 (2021 (2021山東昌邑一中高二測試山東昌邑一中高二測試) )如下圖如下圖, ,勻強電場的電場強度勻強電場的電場強度E=1.2E=1.2102 N/C,102 N/C,方向水平向右方向水平向右, ,一點電荷一點電荷q=4q=410-8 C10-8 C沿半徑為沿半徑為R=20 cmR=20 cm的圓

21、周的圓周, ,從從A A點移動到點移動到B B點點,AOB=90,AOB=90, ,求求: :(1)(1)這一過程靜電力做多少功這一過程靜電力做多少功? ?是正功還是負功是正功還是負功? ?(2)A,B(2)A,B兩點間的電勢差兩點間的電勢差U UABAB為多大為多大? ?思維導圖思維導圖答案答案: :(1)9.6(1)9.61010-7-7 J J負功負功(2)-24 V(2)-24 V方法技巧方法技巧公式公式UAB= UAB= 中中WAB,UABWAB,UAB正負號的含義正負號的含義(1)(1)此題中應用此題中應用W=Flcos W=Flcos 求靜電力的功求靜電力的功,WAB,WAB的正

22、負由的正負由cos cos 的值決定的值決定. .在應用在應用WAB=qUABWAB=qUAB時時,WAB,WAB的正負由的正負由q q及及UABUAB的乘積決定的乘積決定.WAB0,.WAB0,靜電力做正靜電力做正功功; ;WAB0,WAB0,靜電力做負功靜電力做負功. .ABWq答案答案: :(1)3.6(1)3.61010-5-5 J J(2)(2)增加了增加了4.84.81010-5-5 J J學習效果學習效果 檢測檢測BDBDC C BCBC4.4.假設(shè)將一個電荷量為假設(shè)將一個電荷量為2.02.010-10 C10-10 C的正電荷的正電荷, ,從零電勢點移到電場中從零電勢點移到電場

23、中M M點要抑制靜電力做功點要抑制靜電力做功8.08.010-9 J,10-9 J,那么那么M M點的電勢是點的電勢是 V; V;假設(shè)再假設(shè)再將該電荷從將該電荷從M M點移到電場中的點移到電場中的N N點點, ,靜電力做功靜電力做功1.81.810-8 J,10-8 J,那么那么M,NM,N兩點兩點間的電勢差間的電勢差UMN=UMN= V. V.答案答案: :40409090核心素養(yǎng)核心素養(yǎng) 提升提升( (教師備用教師備用) )學長經(jīng)歷分享學長經(jīng)歷分享【方法拓展方法拓展】靜電場中常用的功能關(guān)系靜電場中常用的功能關(guān)系1.1.合力做功等于物體動能的變化量合力做功等于物體動能的變化量, ,即即W W

24、合合=E=Ek k. .這里的這里的W W合合指合外力做的功指合外力做的功. .2.2.靜電力做功決定物體電勢能的變化量靜電力做功決定物體電勢能的變化量, ,即即W WABAB=E=EpApA-E-EpBpB=-E=-Ep p. .這與重力做這與重力做功和重力勢能變化之間的關(guān)系類似功和重力勢能變化之間的關(guān)系類似. .3.3.只有靜電力做功時只有靜電力做功時, ,帶電體電勢能與動能的總量不變帶電體電勢能與動能的總量不變, ,即即E Ep1p1+E+Ek1k1=E=Ep2p2+E+Ek2k2. .這與只有重力做功時這與只有重力做功時, ,物體的機械能守恒類似物體的機械能守恒類似. .【以例示法】【

25、以例示法】 ( (多項選擇多項選擇) )如下圖如下圖, ,絕緣的輕質(zhì)彈簧豎直立于水平地面上絕緣的輕質(zhì)彈簧豎直立于水平地面上, ,上面放一質(zhì)量為上面放一質(zhì)量為m m的帶正電小球的帶正電小球( (小球與彈簧不拴接小球與彈簧不拴接),),整個系統(tǒng)處在方向整個系統(tǒng)處在方向豎直向上的勻強電場中豎直向上的勻強電場中. .開場時開場時, ,整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài), ,現(xiàn)施加一外力現(xiàn)施加一外力F,F,將小球向下壓至某一位置將小球向下壓至某一位置, ,然后撤去外力然后撤去外力, ,使小球從靜止開場向上運動使小球從靜止開場向上運動. .設(shè)設(shè)小球從靜止開場向上運動到離開彈簧的過程中小球從靜止開場向上運動到離開彈簧的過程中, ,靜電力對小球所做的功為靜電力對小球所做的功為W1,W1,小球抑制重力所做的功為小球抑制重力所做的功為W2,W2,小球離開彈簧時的速度為小球離開彈簧時的速度為v.v.不計空氣阻不計空氣阻力力, ,那么在上述過程中那么在上述過程中( ( ) )A.A.小球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒小球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒B.B.小球的重力勢能增加了小球的重力勢能增加了W2W2C.C.小球的電勢能減少了小球的電勢能減少了W1W1D.D.小球的機械能增加了小球的機