重慶市萬州區(qū)分水中學高中物理 第一章 第6講 電勢差教學案 新人教版選修31(1).doc

重慶市萬州區(qū)分水中學高中物理 第一章 第6講 電勢差教學案 新人教版選修3-1目標定位1.理解電勢差的概念，知道電勢差與電勢零點的選擇無關(guān).2.掌握兩點間電勢差的表達式，知道兩點之間電勢差的正負號與這兩點的電勢高低之間的對應關(guān)系.3.會用uabab及uab進行有關(guān)計算一、電勢差的概念1定義：電場中兩點間電勢的差值也叫電壓2電場中兩點間的電勢差與零電勢點的選擇無關(guān)(填“有關(guān)” 或 “無關(guān)”)3公式：電場中a點的電勢為a ，b點的電勢為b，則uabab，ubaba，可見uabuba.4電勢差是標量，uab為正值，a點的電勢比b點的電勢高；uab為負值，a點的電勢比b點的電勢低5電勢差的單位和電勢的單位相同，均為伏特，符號是v.想一想我們可以用類比方法處理抽象問題如在上一節(jié)學習中，我們把電荷在電場中具有電勢能與重物在重力場中具有重力勢能做了類比那么，電勢差和哪個物理量類似呢？答案高度差二、靜電力做功與電勢差的關(guān)系1關(guān)系wabquab，uab，知道了電場中兩點的電勢差，就可以計算在這兩點間移動電荷時靜電力做的功，而不必考慮靜電力的大小和方向以及電荷移動的路徑2證明 wabepaepbqaqb quab.一、對電勢差的理解1對電勢差uab的說明(1)uab是電勢差的定義式，是按比值法定義的物理量電勢差uab由電場本身決定，與在這兩點間移動電荷的電量、靜電力做功的大小無關(guān)即使不放入電荷，任意兩點間的電勢差也有確定值(2)講到電勢差時，必須明確指的是那兩點的電勢差，a、b間的電勢差記為uab, b、a間的電勢差記為uba.(3)電勢差的正負表示電場中兩點電勢的相對高低，若uab0，則ab，若uab0，則ab.(3)電場中兩點間的電勢差與電勢零點的選取無關(guān)2電勢和電勢差的比較比較內(nèi)容概念電勢電勢差u區(qū)別定義電勢能與電量比值電場力做功與電量比值u決定因素由電場和在電場中的位置決定由電場和場內(nèi)兩點位置決定相對性有，與零電勢點的選取有關(guān)無，與零電勢點選取無關(guān)續(xù)表聯(lián)系數(shù)值關(guān)系uabab，當b0時，uaba單位相同，均是伏特(v)，常用還有kv，mv等標矢性都是標量，但均具有正負物理意義均是描述電場能的性質(zhì)的物理量例1如圖161所示，某電場的等勢面用實線表示，各等勢面的電勢分別為10 v、6 v和2 v，則uab_，ubc_，uca_.答案012 v12 v解析由電勢差的基本定義可知：因a、b兩點在同一個等勢面上，故有ab10 v，c2 v，所以uabab(1010)v0.b、c間的電勢差為ubcbc10(2) v12 v.c、a間的電勢差為ucaca(210) v12 v.借題發(fā)揮對電勢差要注意角標的排序，如：uabuba，uabubcuac.若求某點的電勢，必須明確規(guī)定電勢零點在哪里，然后根據(jù)兩點間的電勢差計算例2對于電場中a、b兩點，下列說法正確的是()a電勢差的定義式uab，說明兩點間的電勢差uab與電場力做功wab成正比，與移動電荷的電量q成反比ba、b兩點間的電勢差等于將正電荷從a點移到b點電場力所做的功c將1 c電荷從a點移到b點，電場力做1 j的功，這兩點間的電勢差為1 vd電荷由a點移到b點的過程中，除受電場力外，還受其它力的作用，電荷電勢能的變化就不再等于電場力所做的功答案c解析uab反映電場本身的性質(zhì)，與試探電荷無關(guān)，不能說兩點間的電勢差uab與電場力做功wab成正比，與移動電荷的電量q成反比，故a錯誤；根據(jù)電勢差的定義式uab可知：a、b兩點間的電勢差等于將單位正電荷從a點移到b點電場力所做的功，故b錯誤；根據(jù)電勢差的定義式uab可知：將1 c電荷從a點移到b點，電場力做1 j的功，這兩點間的電勢差uab1 v，故c正確；電荷由a點移到b點的過程中，電荷電勢能的變化仍等于電場力所做的功，故d錯誤二、電場力做功與電勢差的關(guān)系1利用公式uab或wabquab計算時w與u的角標要對應2在一般的計算中，各物理量都要帶入符號，即wab、uab、q均可正可負，其中wab取正號表示從a點移動到b點時靜電力做正功， wab取負號表示從a點移動到b點時靜電力做負功，做負功時也可以說成電荷克服電場力做了功3涉及w、u、q三者關(guān)系的計算時，也可把各物理量都取絕對值，電場力做功的正負再根據(jù)電荷的移動方向及所受電場力的方向的具體情況來確定，電勢差的正負根據(jù)兩點電勢的高低判斷4公式 wabquab和wqelcos 的比較：wabquab適用于任意電場，而wqelcos 只適用于勻強電場例3在電場中把一個電荷量為6108 c的點電荷從a點移到b點，電場力做功為3105 j，將此電荷從b點移到c點，電場力做功4.5105 j，求a點與c點間的電勢差答案250 v解析求解電勢差可有兩種方法：一種是電場力的功與電荷量的比值，另一種是兩點電勢的差值法一把電荷從a移到c電場力做功wacwabwbc(31054.5105)j1.5105 j.則a、c間的電勢差uacv250 v.法二uab v500 v.ubc v750 v.則uacuabubc(500750)v250 v.借題發(fā)揮(1)電場力做功與路徑無關(guān)，只與始、末兩點的位置有關(guān)，故wacwabwbc.(2)在利用公式uab進行有關(guān)計算時，有兩種處理方案，方案一：各量均帶正負號運算但代表的意義不同wab的正、負號表示正、負功；q的正、負號表示電性，uab的正、負號反映a、b的高低計算時w與u的角標要對應，即wabquab，wbaquba.方案二：絕對值代入法w、q、u均代入絕對值，然后再結(jié)合題意判斷電勢的高低.對電勢差的理解1下列關(guān)于電場的描述，正確的是()a電場中某點電勢的大小、正負與零電勢點的選取有關(guān)b電場中某兩點間的電勢差與零電勢點的選取有關(guān)c同一點電荷處于電場中的不同位置時，具有的電勢能越大，說明那一點的電勢越高d同一點電荷在電場中任意兩點間移動時，只要靜電力做的功相同，那么兩點間的電勢差一定相同答案ad解析電場中某兩點間的電勢差與零電勢點的選取無關(guān)；對負電荷而言，它在電場中具有的電勢能越大，說明該點電勢越低，故b、c錯，a、d對電場力做功與電勢差的關(guān)系2關(guān)于電勢差和電場力做功的說法中，正確的是()a電勢差是矢量，電場力做的功是標量b在兩點間移動電荷，電場力不做功，則兩點間的電勢差為零c在兩點間被移動的電荷的電荷量越少，則兩點間的電勢差越大d在兩點間移動電荷時，電場力做正功，則兩點間的電勢差大于零答案b解析電勢差是標量，其正負號不表示方向，故a錯兩點間的電勢差與移動的電荷的電荷量無關(guān)，故c錯若兩點間移動負電荷時，電場力做正功，則這兩點間電勢差為負值，故d錯，只有b對.(時間：60分鐘)題組一對電勢差的理解1下列說法正確的是()a電勢差與電勢一樣，是相對量，與零點的選取有關(guān)b電勢差是一個標量，但是有正值和負值之分c由于電場力做功跟移動電荷的路徑無關(guān)，所以電勢差也跟移動電荷的路徑無關(guān)，只跟這兩點的位置有關(guān)da、b兩點的電勢差是恒定的，不隨零電勢點的不同而改變，所以uabuba答案bc解析電勢具有相對性、與零點的選擇有關(guān)而電勢差是標量，有正、負之分，但大小與零點的選擇無關(guān)故a錯誤、b正確；由于uabab，ubaba故uabuba，故d錯誤；電勢差為電場中兩點電勢之差，與移動電荷的路徑無關(guān)，故c正確2對uab1 v的理解，正確的是()a從a到b移動q c的電荷，電場力做功1 jb從a到b移動1 c的正電荷，電場力做功1 jc從a到b移動1 c的負電荷，克服電場力做功1 jd從a到b移動1 c的負電荷，外力做功1 j答案bc解析由wabquab得，從a到b移動q c的電荷，電場力做功q j ，a錯；從a到b移動1 c的正電荷，電場力做功1 j，b對；同理c對無法得知從a到b移動1 c的負電荷外力做的功，d錯故選b、c.3在某電場中，a、b兩點間的電勢差uab60 v，b、c兩點間的電勢差ubc50 v，則a、b、c三點電勢高低關(guān)系是()aabc bacbcacb dcba答案c解析因為uabab60 v0，所以ab，又ubcbc50 v0，所以bc，又uacuabubc60 v(50 v)10 v0，所以ac，故acb.正確選項為c.圖1624如圖162所示，正點電荷電場中有a、b兩點，將一電荷量q3.21019 c的檢驗電荷從電場中的a點移至b點，電場力做功w6.41020 j，則a、b兩點間的電勢差u等于()a0.5 v b0.2 vc5 v d2 v答案b解析a、b兩點間的電勢差u v0.2 v，故選b.題組二電場力做功與電勢能、電勢差的關(guān)系圖1635如圖163所示，電場中a、b兩點電勢差為30 v，一個電荷量為5108 c的正點電荷由a運動到b，電場力對點電荷做了多少功？b、c兩點間的電勢差大小為15 v，該點電荷從b運動到c，電場力對點電荷做了多少功？答案1.5106 j7.5107 j解析方法一：根據(jù)電場力做功與電勢差的關(guān)系得：wabquab510830 j1.5106 j.wbcqubc5108(15) j7.5107 j.方法二：正點電荷從a運動到b時，是順著電場線方向移動的，所以電場力做正功，其大小w1qu11.5106 j.正點電荷從b運動到c時，是逆著電場線方向移動的，所以電場力做負功，其大小w2qu27.5107 j.圖1646如圖164所示，b、c、d三點都在以點電荷q為圓心的某同心圓弧上，將一檢驗電荷從a點分別移到b、c、d各點時，電場力做功大小比較()awabwac bwadwabcwacwad dwabwac答案cd解析點電荷的等勢面為同心球面，故b、c、d三點位于同一等勢面上，故uabuacuad，將同一檢驗電荷從a點分別移到b、c、d各點，由功的計算公式wqu可得電場力做功相同7在靜電場中，一個電子由a點移到b點時靜電力做功為5 ev(1 ev1.61019 j)，則以下說法中正確的是()a電場強度的方向一定由b沿直線指向aba、b兩點間電勢差uab5 vc電子的電勢能減少5 evd電子的電勢能減少5 j答案c解析電場強度的方向與運動路徑無關(guān)，a錯；uab5 v，b錯；靜電力做5 ev的正功，電勢能減少5 ev，c對，d錯圖1658如圖165所示為一個點電荷電場的電場線(實線)和等勢線(虛線)，兩相鄰等勢線間的電勢差為4 v，有一個帶電荷量為q1.0108 c的負電荷從a點沿不規(guī)則曲線移到b點，靜電力做功為_ j.答案4.0108解析wabquab1.01084 j4.0108 j.9.圖166如圖166所示，a、b、c表示點電荷電場中的三個等勢面，它們的電勢分別為、和(0)，該點電荷的電性為_一帶電粒子從等勢面a上某處由靜止釋放，僅受到電場力作用而運動，已知帶電粒子經(jīng)過等勢面b時的速率為v，它經(jīng)過等勢面c時的速率為_答案正v解析沿著電場線的方向電勢降低，由題中關(guān)系可知場源電荷為正電荷；由動能定理得quabq(ab)mv2，quacq(ac)mv，解得：vcv.題組三綜合應用圖16710如圖167中虛線所示，為靜電場中的等勢面1、2、3、4，相鄰的等勢面之間的電勢差相等，其中等勢面3的電勢為0，一帶正電的點電荷在靜電力的作用下運動，經(jīng)過a、b點時的動能分別為26 ev和5 ev.當這一點電荷運動到某一位置，其電勢能變?yōu)? ev時，它的動能應為()a8 ev b13 ev c20 ev d34 ev答案c解析由于正電荷由a到b動能減少了21 ev，而電場中機械能和電勢能總和不變，故在3等勢面時動能應為12 ev，總能量12 ev0 ev12 ev，當在某一位置，電勢能ep8 ev時，動能12 ev(8 ev)20 ev，故應選c.11帶電荷量為q5.0108 c的點電荷從a點移到b點時，克服靜電力做功 3.0106 j已知b點的電勢為b20 v求：(1)a、b間的電勢差；(2)a點的電勢；(3)q從a到b的電勢能變化答案(1)60 v(2)40 v(3)電勢能增加3.0106 j解析(1)從a到b靜電力做的功為：wab3.0106 ja、b兩點間的電勢差 uab v60 v，b點電勢高于a點電勢(2)根據(jù)uabab得a點的電勢為：auabb(60 v)20 v40 v.(3)q從a到b克服靜電力做功，電勢能一定增加ep|wab|3.0106 j.圖16812如圖168所示，三條曲線表示三條等勢線，其電勢c0，ab10 v，d30 v，將電荷量q1.2106 c的電荷在該電場中移動(1)把這個電荷從c移到d，靜電力做功多少？(2)把這個電荷從d移到b再移到a，電勢能變化多少？答案見解析解析(1)ucdcd30 vwcdqucd1.210630 j3.6105 j(2)udada(3010) v40 vwdaquda1.2106(40) j4.8105 j所以電勢能應該增加4.8105 j.圖16913如圖169所示是一勻強電場，已知場強e210