高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 电势差学案设计

电势差

【学习目标】

1．知道电势差的概念，知道电势差与电势零点的选择无关。

2．掌握两点间电势差的表达式，知道两点之间电势差的正、负与这两点电势高低之间的对应关系。

3．知道在电场中移动电荷时静电力做功与两点间电势差的关系，会应用静电力做功的公式进行计算。

【学习重难点】

知道在电场中移动电荷时静电力做功与两点间电势差的关系，会应用静电力做功的公式进行计算。

【学习过程】

一、新课学习

1．电势差：（又叫电压）

（1）定义：                                           

电荷q在电场力作用下由A点移到另一点B的过程中，电场力做的功WAB与电荷量q的比值，叫A、B两点之间的电势差UAB。

即：UAB=           或UBA=              ，显然UAB=-UBA

（2）定义式：          

（3）电势和电势差单位都是      ，符号      ，都有正负值，但都是      量。

a.电势的正负表示该点比电势零点的电势高或低；

b.电势差的正负表示电场中两点电势的高低。

（4）物理意义：

电势差的值即为电场力作用下两点间移动一库仑的正电荷电场力做的功。

2．静电力做功与电势差的关系

（1）推导：电荷q在电场力作用下由A点移到另一点B的过程中，电场力做的功WAB与两点间电势差UAB关系：

（2）关系式：            或           

【思考】UAB由什么决定？由WAB、q决定吗？

所以电势差反映了                       

3．应用计算时，相关物理量用正、负值代入，其结果：

，电场力做     功；，电场力做     功（也可以说成                               ）

，表示     ；，表示     （比较和的高低）

4．电势与电势差的比较：

（1）电势差是电场中两点间的电势的差值，

（2）电场中某一点的电势的大小，与选取的参考点        ；电势差的大小，与选取的参考点        。

（3）电势和电势差都是     量，单位都是伏特，都有正负值：

电势的正负表示该点比参考点的电势        ；

电势差的正负表示两点的电势的        。

【例1】在匀强电场中把电荷量为2.0×10－9C的点电荷从A点移动到B点，静电力做的功为1.6×10－7J。再把这个电荷从B点移动到C点，静电力做的功为-4.0×10－7J。

（1）A、B、C三点中，哪点电势最高？哪点电势最低？

（2）A、B间，B、C间，A、C间的电势差各是多大？

（3）把电荷量为-1.5×10－9C的点电荷从A移动到C，静电力做的功是多少？

（4）根据以上结果，定性地画出电场分布的示意图，标出A、B、C三点可能的位置。

【例2】一个电荷量为1×10－5C的电荷，从电场外某点移到电场内的一点A时，克服电场力做功0.006J，则A点的电势为        V；如果此电荷从电场外移到电场内的另一点B时，电场力做功0.002J，则B点的电势为       V，UAB=       V；若有另一电荷量为0.2C的负电荷从A移到B点，电场力做正功，大小为       J。

4．等势面

定义：电场中电势          的各点构成的     叫做等势面。

教师引导：

（1）观察等势面与电场线的疏密情况有什么特点？说明什么问题？

（2）观察等势面与电场线的的方向有什么特点？

（3）思考：在等势面上移动电荷，静电力做功有什么特点？

总结等势面的特点：

（1）等势面越          的位置，电场强度越大。

（2）等势面与电场线           ，并且由电势       的等势面指向电势      的等势面。

（3）在等势面上移动电荷静电力          。

展示几种常见电场的等势面

【练习1】如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为、和，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线KLMN所示。由图可知（    ）

A．粒子从K到L的过程中，电场力做负功

B．粒子从L到M的过程中，电场力做负功

C．粒子从K到L的过程中，电势能增加

D．粒子从L到M的过程中，动能减少

【练习2】如图所示，三个等差等势面上有a、b、c、d四点，若将一个正电荷由c经a移动到d电场力做正功W1，若由c经b移动到d电场力做正功W2，则（    ）

A．，

B．，

C．，

D．，

三、训练测试

1．如图所示，将一带正电的点电荷沿电场线方向从A点移动到B点，下列说法正确的是(    )

A．静电力做正功，电势能增加

B．静电力做负功，电势能增加

C．静电力做正功，电势能减少

D．静电力做负功，电势能减少

2．如图所示，在场强为E的匀强电场中，a、b两点间的距离为L，ab连线与电场方向的夹角为θ，则a、b两点间的电势差为（    ）

A．ELsinθ

B．ELcosθ

C．EL

D．

3．如图所示，是一个点电荷电场的电场线（箭头线）和等势面（虚线），两等势面之间的电势差大小为2V，有一个带电荷量为q=–1.0×10–8C的电荷，从A点沿不规则曲线路径移到B点，电场力做功为（    ）

A．2.0×10–8 J

B．–2.0×10–8 J

C．1.60×10–7 J

D．–4.0×10–8 J

4．思考判断（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）电场中A、B两点的电势差，不仅与A、B两点的位置有关，还与零势能面的选取有关。（    ）

（2）电场中任意两点的电势差，均与是否放入试探电荷无关。（    ）

（3）若UAB>0，说明φA>φB，但无法判断φA、φB的正负。（    ）

（4）若电场中两点间的电势差UAB＝1 V，则将单位电荷从A点移到B点，电场力做功为1 J。（    ）

（5）将电荷量为q的电荷从A点移到B点与将－q从B点移到A点电场力所做的功相同。（    ）