人教版高中物理选修31 电势差教案.docx

人教版高中物理选修31 电势差教案.docx

《人教版高中物理选修31 电势差教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版高中物理选修31 电势差教案.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

人教版高中物理选修31电势差教案

电势差教案

【教学目标】

1.理解电势差的概念；

2.会计算点电荷在电场力作用下，从电场中一点移动到另一点时电场力所做的功；

3.知道电势和电势差的关系；

重点：

电势差的概念，电势能的改变与电场力做功的关系，电功计算。

难点：

电势差的定义（比值）及“在电场中电场力对电荷做功引起电荷的电势能的减少”的认识。

【自主预习】

1、电势差：

（又叫电压）

（1）定义：

（2）定义式：

（3）单位：

符号：

电势的正负表示比零电势　　或　　。

当取无穷远处为零电势时：

正点电荷的电场中各点电势都　　零，负点电荷的电场中各点电势都　　零。

2.电荷在电场中移动时：

若电场力做正功，则电荷的电势能　　；若电场力做负功，则电荷的电势能　　。

（电场力做功跟电势能变化的关系与重力做功跟重力势能变化的关系相似）也就是说电荷q从A移到B时，电场力做功WAB等于电荷在A、B两点时的电势能之差。

即WAB=。

3．由此可见在电场中移动电荷时，电场力做的功只与电荷的　　位置有关，而与电荷运动的具体　　　无关。

（这跟重力做功的特征相似）本节得到的电场力做功公式WAB=qUAB使我们计算电场力做功像计算重力做功一样简单方便。

【典型例题】

一、电势差概念的理解

【例1】下列说法正确的是（　　）

A．A、B两点的电势差，等于将正电荷从A点移到B点时静电力所做的功

B．电势差是一个标量，但是有正值或负值之分

C．由于静电力做功跟移动电荷的路径无关，所以电势差也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关

D．A、B两点的电势差是恒定的，不随零电势面的不同而改变，所以UAB＝UBA

二、电势差公式的应用

【例2】有一个带电荷量q＝－3×10－6C的点电荷，从某电场中的A点移到B点，电荷克服静电力做6×10－4J的功，从B点移到C点，静电力对电荷做9×10－4J的功，求A、C两点的电势差并说明A、C两点哪点的电势较高．

【例3】在电场中把一个电量为2×10－9C的正电荷从电场中的A点移到B点，电场力做功1.5×10－7J，再把这个电荷从B点移到C点，电场力做功-4×10－7J，（注意各物理量用正负值代入。

）

（1）A、B、C三点中哪点电势高？

哪点电势低？

（2）A、B间，B、C间，C、A间的电势差各是多少？

（3）把-1.5×10－9C的电荷从A点移到C点，电场力做功是多少？

三、电场中电场强度、电势、电势差、等势面之间的关系

【例4】如图1所示，实线为电场线，虚线为等势线，且AB＝BC，电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为φA、φB、φC，AB、BC间的电势差分

别为UAB、UBC，则下列关系中正确的是（　　）

A．φA>φB>φC　　　　　　B．EC>EB>EA

C．UAB

【课后练习】

1.对UAB＝1V的正确理解是（　　）

A．从A到B移动qC的正电荷，静电力做功1J

B．从A到B移动1C的正电荷，静电力做功1J

C．从B到A移动1C的正电荷，静电力做功1J

D．从A到B移动1C的正电荷，静电力做功－1J

2．一个带正电荷的质点，电荷量q＝2.0×10－9C，在静电场中由a点移到b点，在这过程中，除静电力做功外，其他力做功为6.0×10－5J，质点的动能增加了8.0×10－5J，则ab两

点间电势差Uab为（　　）

A．3.0×1

04

V　　　　　　　B．1.0×104V

C．4.0×104VD．7.0×104V

3．万有引力可以理解为：

任何有质量的物体都要在其周围空间产生一个引力场，而一个有质量的物体在其他有质量的物体所产生的引力场中都要受到该场的引力作用．这种情况可以与电场相类比，那么在地球产

生的引力场中的重力加速度，可以与电场中下列哪种物理量相类比（　　）

A．电势　　B．电势能　　C．电场强度　　D．静电力

4．在电场中，一个电子由a点移到b点时静电力做功为5eV，则以下说法中正确的是（　　）

A．电场强度的方向一定由b沿直线指向a

B．a、b两点间电势差U

ab＝5V

C．电子的电势能减少5eV

D．电子的电势能减少5J

5．关于电势差的说法中正确的是（　　）

A．两点间的电势差等于电荷从其中一点移到另一点时静电力所做的功

B．1C电荷从电场中一点移动到另一点，如果静电力做了1J的功，这两点间的电势差就是1V

C．在两点间移动电荷时，静电力做功的多少跟这两点间的电势差无关

D．两点间电势差的大小跟放入这两点的电荷的电荷量成反比

6．如图3所示，虚线a、b、c代表电场中三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即Uab＝Ubc，实线为一带正电的质点，仅在静电力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，据此可知（　　）

A．三个等势面中，a的电势最高

B．带电质点在P点具有的电势能比在Q点具有的电势能大

C．带电质点通过P点时的动能比通过Q点时大

D．带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时大

7．如图4所示的匀强电场E的区域内，由A、B、C、D、A′、B′、C′、D′作为顶点构成一正方体空间，电场方向与面ABCD垂直，下列说法正确的是（　　）

A．A、D两点间电势差UAD与A、A′两点间电势差UAA′相等

B带正电的粒子从A点沿路径A→D→D′移到D′点,静电力做正功

C带负电的粒子从A点沿路径A→D→D′移到D′点,电势能减小

D带电粒子从A点移到C′点,沿对角线A→C′与沿路径A→B→B′→C′静电力做功相同

8．图5中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0.一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26eV和5eV.当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为－8eV，它的动能应为（　　）

A．8eVB．13eV

C．20eVD．34eV

9．如图7所示，为一组未知方向的匀强电场的电场线，把电荷量为1×10－6C的负电荷从A点沿水平线移至B点，静电力做了2×10－6J的功，A、B间的距离为2cm，求：

（1）匀强电场场强是多大？

方向如何？

（2）A、B两点间的电势差是多大？

若B点电势为1V，则A点电势

是多大？

电子处于B点时，具有多少电势能？

9．如图8所示，光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正电荷Q为圆心的某圆交于B、C两点，质量为m、带电荷量－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

.求：

（1）小球由A到B的过程中静电力做的功．

（2）AC两点的电势差．

答案：

例1.答案　BC

解析　解本题的关键是要全面理解电势差这个概念，从电势差的定义可知A项错误．从电势差的特性可知电势差是标量，有正负之分，B项正确．从静电力做功的特性及电势差的定义可知两点间电势差只与两点间位置有关，C项正确．最易错的是把电势差与电压相混淆．电势差可以反映出两点电势的高低，UAB＝－UBA，而电压只是电势差的大小，故D项错误．

例2.答案　－100V　C点的电势较高

解析　负电荷从A移至B的过程，电荷克服静电力做功，可见负电荷从电势高处移至电

势低处，即φA>φB.

电势差大小UAB＝

＝

V＝200V

电势高低：

φA－φB＝200V①

负电荷从B移至C，静电力做正功，可见负电荷从电势低处移至电势高处：

φB<φC

电势差大小UBC＝

＝

V＝－300V

电势高低：

φB－φC＝－300V②

由①②式相加得UAC＝φA－φC＝－100V

所以A、C两点中C点的电势较高.

例3.

例4.答案　ABC

解析　本题考查静电场中的电场线、等势面的分布知识和规律．A、B、C三点处在一根电场线上，沿着电场线的方向电势降落，故φA>φB>φC，A正确；由电场线的密集程度可看出电场强度大小关系为EC>EB>EA，B对；电场线密集的地方电势降落较快，故UBC>UAB，C对，D错．

课后练习答案：

1.答案　B

2.答案　B

解析　根据动能定理W＝ΔEk，其中可认为有两个力做功，静电力和其他力，即：

W其它＋W电＝ΔEk，其中W电＝qU，代入数据即得B选项正确．

3.答案　C

4.答案　C

解析　在地球产生的引力场中的重力加速度g＝

，与电场类比知E＝

，选项C正确．

5.答案　B

6.答案　ABD

解析　由等势面的特点及电荷运动的轨迹可判断电荷所受静电力的方向与等势面垂直向下，即电场的方向垂直等势面向下，则φa>φb>φc，故A正确；电荷在三个等势面上的电势能Epa>Epb>Epc，故B正确；因为动能与电势能之和不变，所以动能Eka

7.答案　BD

解析　AD与电场方向垂直，则UAD＝0，AA′沿电场方向，则UAA′>0；带正电的粒子从A到D静电力不做功，从D到D′静电力做正功，其电势能是减小的，而带负电的粒子从A到D静电力不做功，从D到D′静电力做负功，其电势能是增大的；静电力做功与路径无关，与初、末状态的位置有关，综上所述，B、D选项正确．

8.答案　C

解析　等势面3的电势为零，则该电荷在此位置的电势能也为零．由于两相邻等势面的电势差相等，又知Eka>Ekb，则a点的电势能可表示为－2qU（U为相邻两等势面的电势差），b点的电势能可表示为qU.

由于总的能量守恒，则有：

Eka＋（－2qU）＝Ekb＋qU

即26－2qU＝5＋qU，解得qU＝7eV[来源:

]

则总能量为7eV＋5eV＝12eV

当电势能为－8eV时，动能Ek＝12eV－（－8）eV＝20eV.

9.答案　

（1）2×102N/C，方向沿电场线方向斜向下

（2）－2V　－1V　－1eV

解析　

（1）根据题意，AB间的电势差

UAB＝

＝

V＝－2V

AB间沿电场线方向上的位移为d＝1cm

所以场强E＝

＝2×10

2N/C

A点电势低于B点电势，所以电场强度方向斜向下．

已知AB间电势为－2V，如果已知B点电势为1V，所以A点电势为－1V，电子处于B点时，具有电势能为－1eV.

10.答案　

（1）

mgh　

（2）－

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：

静电力做的功WE和重力做的功mgh，由动能定理得：

WE＋mgh＝

mv

代入已知条件vB＝

得静电力做功WE＝

m·3gh－mgh＝

mgh.

（2）因为B、C在同一等势面上，所以φB＝φC，即UAC＝UAB

由W＝qU得UAB＝UAC＝

＝－