高中物理课件：第五节《电势差》《电势》（人教版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 第五节电势差电势 目标概览 重点难点 1 重点 电势差与电势的概念 电场力做功与电势能改变的关系 2 难点 对电势差与电势概念的理解 学法指导 类比高度差 高度 重力势能 理解电势差 电势 电势能 第五节电势差电势 课堂互动讲练 随堂达标自测 课时活页训练 基础知识梳理 核心要点突破 基础知识梳理 一 电势差1 定义 电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时 所做的功WAB与电荷量q的比值WAB q 叫做A B两点间的电势差 也叫 用UAB表示 2 公式 UAB 3 单位 简称 符号是 电场力 电压 伏特 伏 V 4 物理意义 电场中A B两点间的电势差 在数值上等于 由A点移动到B点时电场力所做的功WAB 5 特点 电场力所做的功WAB跟移动电荷的 无关 只跟 有关 电势差UAB跟移动电荷的 无关 跟 无关 它反映了 的性质 单位正电荷 路径 两点间电势差 电荷量 电荷的电性 电场 二 电势1 定义 电场中某点的电势是指该点与 之间的电势差 用 表示 2 物理意义 电场中某点的电势 等于 由该点移动到参考点 零电势点 时 所做的功 3 电势与电势差的关系 电场中两点之间的电势差等于这两点的 UAB 4 电势与电场线的关系 沿着电场线的方向电势 电场力 电势之差 A B 越来越低 提示 1 电场中某点的电势与参考面的选取有关 两点的电势差与参考面的选取有关吗 2 一点电荷在A点的电势能是 2 10 2J 移动到B点时的电势能是 4 10 2J 电势是升高还是降低了 思考 提示 1 无关 2 若点电荷是正电荷 电势降低 若是负电荷 电势升高 三 电势能1 定义 电荷在 中具有的能叫做电势能 2 电场力做功与电势能变化的关系 在电场中移动电荷 如果电场力做正功 则电势能 转化为其他形式的能 如果电场力做负功 则电势能 形式的能转化为 电场 减小 电势能 增加 其他 电势能 核心要点突破 一 电势 电势能的大小 正负的判定方法1 根据场源电荷判定 离场源正电荷越近 电势越高 检验正电荷的电势能越大 检验负电荷的电势能越小 2 根据电场线判断 顺着电场线的方向 电势逐渐降低 检验正电荷的电势能减小 检验负电荷的电势能增加 逆着电场线的方向 电势逐渐升高 检验正电荷的电势能增加 检验负电荷的电势能减小 3 根据电场力做功来判断 电场力对正电荷做正功时 电荷电势能减少 电势降低 做负功时 电荷电势能增加 电势升高 对负电荷做正功时电势升高 做负功电势降低 电场力对任何电荷做正功电势能都减少 做负功电势能都增加 特别提醒1 电势的高低是相对的 在讨论电势大小时 首先必须选定某一位置的电势为零 否则讨论是无意义的 2 零电势点的选取是任意的 通常取无穷远为零电势点 所以在正点电荷的电场中各点的电势均大于零 负点电荷的电场中各点的电势均小于零 二 正确理解电场力做功1 电场力做功的特点在电场中两点间移动电荷 电场力所做的功与路径无关 只取决于电量q和两点间的电势差 2 电场力做功量度电势能的变化 1 电场力做功的过程就是电势能和其他形式能量转化的过程 电场力做多少功 就有多少电势能和其他形式能量相互转化 2 电势能的变化要靠电场力做功来实现 3 应用公式WAB qUAB计算电场力做功应注意的问题 1 该公式适用于任何静电场 而不只是适用于匀强电场 2 公式中的三个量均有正 负之分 计算时W和U的下标要对应 将q UAB带正负号代入公式进行计算 WAB qUAB之值若为正 则表示电场力做正功 反之则做负功 3 为计算方便 也可以对公式中的物理量W UAB q都只取绝对值代入公式进行计算 然后根据电场力方向与位移 速度 方向的夹角来判断功的正 负 特别提醒1 WAB WBA UAB UBA 2 W qU和W qE d都能计算电场力所做的功 但两个公式的定义和适用条件不同 后者仅适用于匀强电场 并且d是沿电场线方向的位移 即使应用在电场中把一个电荷量为6 10 6C的负电荷从A点移到B点 克服电场力做功3 10 5J 再将电荷从B点移到C点 电场力做功1 2 10 5J 求A与B B与C A与C间的电势差 解析 电荷从A移到B时 克服电场力做功 表示电场力做负功 相当于在重力场中把物体举高克服重力做功 因此WAB 3 10 5J 电荷从B移到C WBC 1 2 10 5J 根据电荷移动时电场力的功和电势差的关系得 答案 5V 2V3V 三 等量点电荷电场的电势分布特点1 等量正点电荷的电场 如图13 5 1甲 在连线上的各点 中点O的电势最低 在中垂线上各点 O点的电势却最高 从中点沿中垂线向两侧 电势逐渐降低 连线上A A 和中垂线上B B 对称等势 图13 5 1 2 等量负点电荷的电场 连线上的各点 中点O的电势最高 中垂线上各点 O点的电势最低 从中点沿中垂线向两侧 电势逐渐升高 连线上和中垂线上关于中点的对称点等势 3 等量异种点电荷的电场 如图13 5 1乙 在连线上 从正电荷到负电荷 电势逐渐降低 沿中垂线移动电荷 电场力不做功 故中垂线上各点电势相等 四 四个物理量综合比较表 把一个q 3 10 6C的正电荷由电场中的A点移到B点 克服电场力做功4 5 10 5J 由B点再移到C点 电场力做功为1 8 10 4J 则电场中A B C三点电热高低关系是怎样的 课堂互动讲练 答案 B A C a b为电场中的两点 且a点电势高于b点电势 则可知 A 把负电荷从a点移到b点电场力做负功 电势能增加B 把正电荷从a点移到b点电场力做正功 电势能减少C 无论移动的是正电荷还是负电荷 电荷的电势能都要减少D 无论是否有电荷移动 a点的电势能总是大于b点的电势能 解析 正电荷在电势越高的地方具有的电势能越大 而负电荷在电势越高的地方具有的电势能越小 由此可知正电荷从a点移到b点电势能减少 负电荷从a点移到b点电势能增加 无论移动的是正电荷还是负电荷 电场力做正功电势能减少 电场力做负功电势能增加 因此A B都是正确的 C错误 对于D选项 我们首先要清楚 在电场中某点放入电荷 这个电荷就具有电势能 电势能是由放入电场的电荷和电场共同决定的 不明确放在a b两点的电荷性质 就不能比较其电势能的高低 若a b两点不放入电荷 单就电场中的某点 不存在电势能问题 因此D选项错误 故正确选项为A B 答案 AB 思维升华 根据电场力做功判断电势能变化的方法是最基本的方法 必须牢牢掌握 如图13 5 2所示 电子在一条电场线上从a点运动到b点 电势能增加 试确定a与b两点电势高低 图13 5 2 解析 可用下面三种方法来分析 法一 利用电场线方向来判断由于电势能增加 电场力一定做负功 即电场力方向和电荷运动方向相反 从b指向a 而负电荷电场力的方向和场强方向相反 所以场强方向是从a指向b 因此电场线的方向是从a指向b 因为沿着电场的方向电势越来越低 故a点电势比b点电势高 法二 利用电场力做功公式来判断由于电势能增加 电场力一定做负功 即Wab为负值 而q是负电荷 即q为负值 根据WAB qUab q A B 则 a b 0 故 a b 法三 利用电势公式来判断由 q 可知 对正电荷 q为正值 在电势越高的地方电势能越大 对负电荷 q为负值 在电势越高的地方电势能越小 本题已知条件是负电荷在a点电势能较小 故a点电势高 答案 a b 思维升华 判断电势高低的方法很多 但最根本的是在于理解电势和电势能的概念 如图13 5 3所示 质量为m 带电量为 q的物体 可在水平轨道Ox上运动 O端有一与轨道垂直的墙壁 轨道处于匀强电场中 场强大小为E 方向沿Ox方向 如图所示 小物体以初速度v0从距O端为x0处沿Ox轨道运动 运动时受到大小不变的摩擦力Ff作用 且Ff Eq 设小物体与墙壁碰撞时不损失机械能 且电量保持不变 求它在停止运动前所通过的总路程s 图13 5 3 思维升华 解此题要注意三点 电场力做功与路径无关 只与电荷的初末位置有关 摩擦力Ff在物体运动过程中始终做负功 判定物体最后只能停在靠墙点O处 同时要挖掘物体撞墙时无能量损失这一隐含条件 利用能量观点解题时 首先要明确 只要有电场力做功 系统机械能就不守恒了 就有机械能与电势能之间的转化 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全