高中物理 1.4电势和电势差学案(含解析)粤教版选修3-1

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1、学案5 电势和电势差[学习目标定位]1.理解电势差的概念,理解电场力做功的特点,掌握电场力做功与电势能变化的关系.2.理解电势、等势面的概念,知道电势差与电势的关系.3.会用UAB=φA-φB及UAB=WAB/q进行有关计算.一、电势差电场力的功与所移动电荷的电荷量的比值与电荷无关,它反映了电场自身在A、B两点的性质.我们定义这个比值为电场中A、B两点的电势差UAB=.在国际单位制中,电势差单位为伏特,简称伏,符号为V.二、电势1.如果在电场中选定一个参考点P,规定该点电势为零,则电场中任意一点A的电势,数值上等于把单位正电荷从A点移到参考点P时电场力所做的功.

2、用φA表示A点的电势,则φA=,电势的单位是伏特.2.电场中任意两点A、B间的电势差可表示为UAB=φA-φB.若UAB为正值,表示A点的电势比B点的电势高.若UAB为负值,表示A点的电势比B点电势低,电势只有大小,没有方向,是标量.三、等势面电场中电势相等的点构成的曲面叫做等势面,相邻等势面之间的电势差值相等时,等势面密集的地方,电场较强,等势面稀疏的地方电场较弱.一、电场力做功的特点及其与电势能变化的关系[问题设计]1.如图1所示,试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中,(1)沿直线从A移动到B,电场力做的功为多少?(2)若q沿折线AMB从A点移动到B点,电场

3、力做的功为多少?(3)若q沿任意曲线从A点移动到B点,电场力做的功为多少?据此可以得出什么结论?图1答案 (1)电场力F=qE,电场力与位移夹角为θ,电场力对试探电荷q做的功W=F·

4、AB

5、cosθ=qE·

6、AM

7、.(2)在线段AM上电场力做的功W1=qE·

8、AM

9、.在线段MB上电场力做的功W2=0,总功W=W1+W2=qE·

10、AM

11、.(3)电荷在匀强电场中沿任意路径由A运动到B,电场力做功相同,为qE·

12、AM

13、.说明对同一电荷,电场力做功与路径无关,只与电荷的初末位置有关.2.类比重力做功与重力势能变化的关系,电场力做正功,电势能如何变化?电场力做负功,电势能

14、如何变化?电场力做功与电势能变化有怎样的数量关系?答案 电场力做正功,电势能减少;电场力做负功,电势能增加.电场力做功的值等于电势能的变化量,即:WAB=EpA-EpB.[要点提炼]1.电场力做功的特点电场力对某电荷所做的功,与该电荷的初末位置有关,与电荷经过的路径无关.(1)虽然此结论从匀强电场中推导出来,但也适用于非匀强电场.(2)电场力做功与重力做功相似,只要初末位置确定了,移动电荷做的功就是确定值.2.电场力做功与电势能变化的关系电场力做正功,电势能减少,减少的电势能等于电场力做的功.电场力做负功,电势能增加,增加的电势能等于克服电场力做的功,公式表达为

15、WAB=EpA-EpB.[延伸思考]当正电荷顺着电场线运动时,电场力做什么功?电势能是增加还是减少?当负电荷顺着电场线运动时,电场力做什么功?电势能是增加还是减少?答案 正电荷顺着电场线运动时,电场力做正功,电势能减少.负电荷顺着电场线运动时,电场力做负功,电势能增加.二、电势[问题设计]如图2所示的匀强电场,场强为E,取O点为零势能点,A点距O点为l,AO连线与电场线的夹角为θ.电荷量分别为q和2q的试探电荷在A点的电势能为多少?电势能与电荷量的比值各是多少?图2答案 由EpA-EpO=WAO=Eqlcosθ,知电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为E

16、qlcosθ、2Eqlcosθ;电势能与电荷量的比值相同,都为Elcosθ.[要点提炼]1.电场中某点的电势φ=,在计算时应代入各自的正负号.2.电势的标量性:电势是标量,只有大小,没有方向,但有正负之分,电势为正表示比零电势高,电势为负表示比零电势低.3.电势的相对性:零电势点的选取原则:一般选大地或无穷远处为零电势,只有选取了零电势点才能确定某点的电势大小.4.电势是描述电场性质的物理量,决定于电场本身,与试探电荷无关.5.判断电势高低的方法:(1)利用电场线:沿着电场线方向电势逐渐降低(此为主要方法);(2)利用公式φ=判断,即在正电荷的电势能越大处,电势

17、越高,负电荷电势能越大处,电势越低.三、电势差[问题设计]如图3所示,A、B、C为同一电场线上的三点,取B点电势为零时,A、C两点的电势分别为8V和-6V.A、C两点间的电势差UAC是多少?C、A两点间的电势差UCA是多少?图3答案 UAC=φA-φC=14V UCA=φC-φA=-14V[要点提炼]1.电场中两点间电势差的计算公式:UAB=φA-φB,UBA=φB-φA,UAB=-UBA.2.电势差是标量,有正负,电势差的正负表示电势的高低.UAB>0,表示A点电势比B点电势高.[延伸思考]1.上面的问题中,若取C点电势为零,A、C两点间的电势差UAC是多少?

18、C、A两点间的电势差UC

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