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沪科技版（2020）必修第三册第五节 带电粒子在电场中的运动一等奖课件ppt
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这是一份沪科技版（2020）必修第三册第五节 带电粒子在电场中的运动一等奖课件ppt，共39页。PPT课件主要包含了学习目标，φB－φA，φA－φB，答案30J，由以上两式可得，静电力做的功，表达式，答案－10V，规律总结等内容，欢迎下载使用。
1.理解电势差的概念，掌握电势差的表达式，知道电势差的正、负号与电势高低之间的对应关系.2.会用UAB＝φA－φB及UAB＝ 进行有关计算.3.知道电势差与电场强度的关系式，了解其适用条件.4.会用关系式U＝Ed处理匀强电场问题.
在现代科学实验和技术设备中，常常根据带电粒子在电场中会受到电场力作用而产生加速度，使其速度发生变化这一规律，利用电场来改变或控制带电粒子的运动。北京正负电子对撞机是我国第一台高能加速器，也是世界八大高能加速器之一，下图是该装置中的双储存环。该对撞机是高能物理研究的重大科技基础设施。它为我国粒子物理和同步辐射应用提供了基本研究实验手段和条件，使我国高能物理研究进入了世界前沿。而且，正负电子对撞机产生的同步辐射作为特殊光源，还可在医学、化学、材料等其它顿域有着广泛的应用。
一、电场中两点的电势差与电场力做功有何关系
WG= EP1—EP2
一、电势差1.定义：电场中两点之间 的差值，也叫作 .设电场中A点的电势为 ，B点的电势为 。则UAB＝ ，UBA＝ 2.电势差是 ，有正负，电势差的正负表示电势的 .UAB>0，表示A点电势比B点电势 .
3、国际制单位：伏特 （V）
（1）UAB=-UBA
对电势差的理解(1)电势差反映了电场的能的性质，决定于电场本身，与试探电荷无关.(2)电势差可以是正值也可以是负值，电势差的正负表示两点电势的高低；UAB＝－UBA，与零电势点的选取无关.(3)电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差.
电势差与静电力做功的关系(1)公式：UAB＝ 或WAB＝qUAB，其中WAB仅是静电力做的功.(2)把电荷q的电性和电势差U的正负代入进行运算，功为正，说明静电力做正功，电荷的电势能减小；功为负，说明静电力做负功，电荷的电势能增大.
3.电势和电势差的比较
例1 (2021·江苏南通高一月考)关于UAB＝ 和WAB＝qUAB的理解，正确的是A.电场中的A、B两点的电势差和两点间移动电荷的电荷量q成反比B.在电场中A、B两点间沿不同路径移动相同电荷，路径长时WAB较大C.UAB与q、WAB无关，甚至与是否移动电荷都没有关系D.WAB与q、UAB无关，与电荷移动的路径无关
静电力做的功WAB与q、UAB有关，但与电荷移动的路径无关，故D错误.
例2 (2021·麻城市第二中学高一期中)有一个带电荷量q＝－3×10－6 C的点电荷，从某电场中的A点移到B点，电荷克服静电力做6×10－4 J的功，从B点移到C点，静电力对电荷做9×10－4 J的功，问：(1)AB、BC、CA间电势差各为多少？
答案 UAB＝200 V UBC＝－300 V UCA＝100 V
解析 点电荷由A移到B克服静电力做功即静电力做负功，WAB＝－6×10－4 J，则有
UCA＝UCB＋UBA＝－UBC＋(－UAB)＝300 V－200 V＝100 V.
(2)若以B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少？点电荷在A、C两点的电势能各为多少？
答案 φA＝200 V φC＝300 V EpA＝－6×10－4 J EpC＝－9×10－4 J
解析 若φB＝0，由UAB＝φA－φB，得φA＝UAB＝200 V，由UBC＝φB－φC，得φC＝φB－UBC＝0－(－300 V)＝300 V，点电荷在A点的电势能EpA＝qφA＝－3×10－6×200 J＝－6×10－4 J.点电荷在C点的电势能EpC＝qφC＝－3×10－6×300 J＝－9×10－4 J.
针对训练 (2021·江苏南通高一期中)带电荷量为1.0×10－2 C的正离子，在电场中仅在静电力的作用下先后经过A、B两点，飞经A点时的动能为10 J，飞经B点时的动能为40 J，已知A点的电势为－700 V，求：(1)电荷从A到B静电力做的功WAB；
解析 对正离子，从A运动到B过程，由动能定理有WAB＝EkB－EkA解得WAB＝30 J
(2)B点的电势φB.
答案 －3 700 V
UAB＝φA－φB解得φB＝－3 700 V.
二、匀强电场中电场强度与电势差有何关系
1、如图所示：匀强电场的电场强度为E，电荷q从A点移到B点，A、B之间的电势差为UAB，距离为d，试分析电势差与电场强度的关系。
解析：由功的定义可得:
由电场力做功与电势差的关系得:
探究电势差与电场强度的关系
2、若A、B不在同一条电场线上，是否还能得出以上结论？如图所示（自己尝试推导）,已知A、B之间的电势差为UAB，距离为l，沿电场线方向的距离为d。
匀强电场中电势差和电场强度的关系
文字描述：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场线方向的距离的乘积。
距离最短，电势降低最快
适用范围：只适用于匀强电场，对于非匀强电场，可做定性判断。
A.A、B两点间的电势差是UAB＝6×104 VB.若取A点的电势为0，则B点的电势φB＝3×104 VC.电荷量2×10－4 C的正电荷从A点运动到B点电势能减少6 JD.电荷量2×10－4 C的负电荷从A点运动到B点静电力做功为6 J
例3 (2021·江苏盐城高一期中)如图2所示，匀强电场的场强E＝3×105 V/m，A、B两点相距0.2 m，两点连线与电场线的夹角是60°，下列说法正确的是
沿电场线的方向电势降低，故若取A点的电势为0，则B点的电势为φB＝－3×104 V，B错误；电荷量q＝＋2×10－4 C的电荷从A点运动到B点，静电力做正功，电荷的电势能减小，ΔEp＝qUAB＝2×10－4×3×104 J＝6 J，C正确；电荷量q′＝－2×10－4 C的电荷从A点运动到B点，静电力做负功，W＝q′UAB＝－2×10－4×3×104 J＝－6 J，D错误.
例4 如图3所示，P、Q两金属板间的电势差为50 V，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d＝10 cm，其中Q板接地，两板间的A点距P板4 cm.求：(1)P板及A点的电势.
答案 －50 V －30 V
解析 板间场强方向水平向左，可知Q板电势最高.Q板接地，则电势φQ＝0，板间各点电势均为负值.
Q、A间电势差UQA＝Ed′＝5×102×(10－4)×10－2 V＝30 V所以A点电势φA＝－30 V，同理可求得P板电势φP＝UPQ＝－50 V
(2)保持两板间的电势差不变，而将Q板向左平移5 cm，则A点的电势将变为多少？
解析 当Q板向左平移5 cm时，两板间距离d″＝(10－5) cm＝5 cmQ板与A点间距离变为d ＝(10－4) cm－5 cm＝1 cm
Q、A间电势差UQA′＝E′d ＝1.0×103×1.0×10－2 V＝10 V所以A点电势φA′＝－10 V.
电势差的三种求解方法(1)应用定义式UAB＝φA－φB来求解.
(3)应用关系式UAB＝Ed(匀强电场)来求解.2.在应用关系式UAB＝Ed时可简化为U＝Ed，即只把电势差大小、场强大小通过公式联系起来，电势差的正负、电场强度的方向可根据题意另作判断.
针对训练 (2021·青海西宁市高二期末)带有等量异种电荷，相距10 cm的平行板A和B之间有一匀强电场，如图4，电场强度E＝2×104 V/m，方向向下.电场中C点距B板为3 cm，D点距A板为2 cm.下列说法正确的是
A.UCD＝1 000 VB.让B板接地，则C点的电势φC＝600 VC.让A板接地，则D点的电势φD＝400 VD.将一个电子从C点移到D点静电力做的功，与将电 子先从C点移到P点再移到D点静电力做的功数值不同
解析 C、D两点间的电势差为UCD＝－EdCD＝－2×104×(0.1－0.02－0.03) V＝－1 000 V，故A错误；让B板接地，B板电势为零，则C点电势φC＝EdCB＝2×104×3×10－2 V＝600 V，故B正确；让A板接地，A板电势为零，则D点电势φD＝－EdDA＝－400 V，故C错误；将一个电子从C点移到D点静电力做的功，与将电子先从C点移到P点再移到D点静电力做的功数值相同，故D错误.
U＝Ed只适用于匀强电场的定量计算，在非匀强电场中，不能进行定量计算，但可以定性地分析有关问题.(1)在非匀强电场中，U＝Ed中的E可理解为距离为d的两点间电场强度的平均值.(2)当电势差U一定时，场强E越大，则沿场强方向的距离d越小，即场强越大，等差等势面越密.(3)距离相等的两点间的电势差：E越大，U越大；E越小，U越小.
利用U＝Ed定性分析非匀强电场
例5 (1)某一电场的电场线和等势面如图5甲所示，已知φa＝5 V，φc＝3 V，ab＝bc，则A.φb＝4 V B.φb＞4 VC.φb＜4 V D.上述情况都有可能
(2)若电场线和等势面如图乙所示，其他条件不变，则答案为A.φb＝4 V B.φb＞4 VC.φb＜4 V D.上述情况都有可能
解析 由于题图乙是非匀强电场，不能根据U＝Ed进行定量计算，只能进行定性分析，由电场线的疏密可知ab和bc间电场强度的平均值Eab＞Ebc，所以Uab＞Ubc，即φa－φb＞φb－φc，
1.理解电势差的概念，掌握电势差的表达式，知道电势差的正、负号与电势高低之间的对应关系.2.会用UAB＝φA－φB及UAB＝ 进行有关计算.3.知道电势差与电场强度的关系式，了解其适用条件.4.会用关系式U＝Ed处理匀强电场问题.
在现代科学实验和技术设备中，常常根据带电粒子在电场中会受到电场力作用而产生加速度，使其速度发生变化这一规律，利用电场来改变或控制带电粒子的运动。北京正负电子对撞机是我国第一台高能加速器，也是世界八大高能加速器之一，下图是该装置中的双储存环。该对撞机是高能物理研究的重大科技基础设施。它为我国粒子物理和同步辐射应用提供了基本研究实验手段和条件，使我国高能物理研究进入了世界前沿。而且，正负电子对撞机产生的同步辐射作为特殊光源，还可在医学、化学、材料等其它顿域有着广泛的应用。
一、电场中两点的电势差与电场力做功有何关系
WG= EP1—EP2
一、电势差1.定义：电场中两点之间 的差值，也叫作 .设电场中A点的电势为 ，B点的电势为 。则UAB＝ ，UBA＝ 2.电势差是 ，有正负，电势差的正负表示电势的 .UAB>0，表示A点电势比B点电势 .
3、国际制单位：伏特 （V）
（1）UAB=-UBA
对电势差的理解(1)电势差反映了电场的能的性质，决定于电场本身，与试探电荷无关.(2)电势差可以是正值也可以是负值，电势差的正负表示两点电势的高低；UAB＝－UBA，与零电势点的选取无关.(3)电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差.
电势差与静电力做功的关系(1)公式：UAB＝ 或WAB＝qUAB，其中WAB仅是静电力做的功.(2)把电荷q的电性和电势差U的正负代入进行运算，功为正，说明静电力做正功，电荷的电势能减小；功为负，说明静电力做负功，电荷的电势能增大.
3.电势和电势差的比较
例1 (2021·江苏南通高一月考)关于UAB＝ 和WAB＝qUAB的理解，正确的是A.电场中的A、B两点的电势差和两点间移动电荷的电荷量q成反比B.在电场中A、B两点间沿不同路径移动相同电荷，路径长时WAB较大C.UAB与q、WAB无关，甚至与是否移动电荷都没有关系D.WAB与q、UAB无关，与电荷移动的路径无关
静电力做的功WAB与q、UAB有关，但与电荷移动的路径无关，故D错误.
例2 (2021·麻城市第二中学高一期中)有一个带电荷量q＝－3×10－6 C的点电荷，从某电场中的A点移到B点，电荷克服静电力做6×10－4 J的功，从B点移到C点，静电力对电荷做9×10－4 J的功，问：(1)AB、BC、CA间电势差各为多少？
答案 UAB＝200 V UBC＝－300 V UCA＝100 V
解析 点电荷由A移到B克服静电力做功即静电力做负功，WAB＝－6×10－4 J，则有
UCA＝UCB＋UBA＝－UBC＋(－UAB)＝300 V－200 V＝100 V.
(2)若以B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少？点电荷在A、C两点的电势能各为多少？
答案 φA＝200 V φC＝300 V EpA＝－6×10－4 J EpC＝－9×10－4 J
解析 若φB＝0，由UAB＝φA－φB，得φA＝UAB＝200 V，由UBC＝φB－φC，得φC＝φB－UBC＝0－(－300 V)＝300 V，点电荷在A点的电势能EpA＝qφA＝－3×10－6×200 J＝－6×10－4 J.点电荷在C点的电势能EpC＝qφC＝－3×10－6×300 J＝－9×10－4 J.
针对训练 (2021·江苏南通高一期中)带电荷量为1.0×10－2 C的正离子，在电场中仅在静电力的作用下先后经过A、B两点，飞经A点时的动能为10 J，飞经B点时的动能为40 J，已知A点的电势为－700 V，求：(1)电荷从A到B静电力做的功WAB；
解析 对正离子，从A运动到B过程，由动能定理有WAB＝EkB－EkA解得WAB＝30 J
(2)B点的电势φB.
答案 －3 700 V
UAB＝φA－φB解得φB＝－3 700 V.
二、匀强电场中电场强度与电势差有何关系
1、如图所示：匀强电场的电场强度为E，电荷q从A点移到B点，A、B之间的电势差为UAB，距离为d，试分析电势差与电场强度的关系。
解析：由功的定义可得:
由电场力做功与电势差的关系得:
探究电势差与电场强度的关系
2、若A、B不在同一条电场线上，是否还能得出以上结论？如图所示（自己尝试推导）,已知A、B之间的电势差为UAB，距离为l，沿电场线方向的距离为d。
匀强电场中电势差和电场强度的关系
文字描述：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场线方向的距离的乘积。
距离最短，电势降低最快
适用范围：只适用于匀强电场，对于非匀强电场，可做定性判断。
A.A、B两点间的电势差是UAB＝6×104 VB.若取A点的电势为0，则B点的电势φB＝3×104 VC.电荷量2×10－4 C的正电荷从A点运动到B点电势能减少6 JD.电荷量2×10－4 C的负电荷从A点运动到B点静电力做功为6 J
例3 (2021·江苏盐城高一期中)如图2所示，匀强电场的场强E＝3×105 V/m，A、B两点相距0.2 m，两点连线与电场线的夹角是60°，下列说法正确的是
沿电场线的方向电势降低，故若取A点的电势为0，则B点的电势为φB＝－3×104 V，B错误；电荷量q＝＋2×10－4 C的电荷从A点运动到B点，静电力做正功，电荷的电势能减小，ΔEp＝qUAB＝2×10－4×3×104 J＝6 J，C正确；电荷量q′＝－2×10－4 C的电荷从A点运动到B点，静电力做负功，W＝q′UAB＝－2×10－4×3×104 J＝－6 J，D错误.
例4 如图3所示，P、Q两金属板间的电势差为50 V，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d＝10 cm，其中Q板接地，两板间的A点距P板4 cm.求：(1)P板及A点的电势.
答案 －50 V －30 V
解析 板间场强方向水平向左，可知Q板电势最高.Q板接地，则电势φQ＝0，板间各点电势均为负值.
Q、A间电势差UQA＝Ed′＝5×102×(10－4)×10－2 V＝30 V所以A点电势φA＝－30 V，同理可求得P板电势φP＝UPQ＝－50 V
(2)保持两板间的电势差不变，而将Q板向左平移5 cm，则A点的电势将变为多少？
解析 当Q板向左平移5 cm时，两板间距离d″＝(10－5) cm＝5 cmQ板与A点间距离变为d ＝(10－4) cm－5 cm＝1 cm
Q、A间电势差UQA′＝E′d ＝1.0×103×1.0×10－2 V＝10 V所以A点电势φA′＝－10 V.
电势差的三种求解方法(1)应用定义式UAB＝φA－φB来求解.
(3)应用关系式UAB＝Ed(匀强电场)来求解.2.在应用关系式UAB＝Ed时可简化为U＝Ed，即只把电势差大小、场强大小通过公式联系起来，电势差的正负、电场强度的方向可根据题意另作判断.
针对训练 (2021·青海西宁市高二期末)带有等量异种电荷，相距10 cm的平行板A和B之间有一匀强电场，如图4，电场强度E＝2×104 V/m，方向向下.电场中C点距B板为3 cm，D点距A板为2 cm.下列说法正确的是
A.UCD＝1 000 VB.让B板接地，则C点的电势φC＝600 VC.让A板接地，则D点的电势φD＝400 VD.将一个电子从C点移到D点静电力做的功，与将电 子先从C点移到P点再移到D点静电力做的功数值不同
解析 C、D两点间的电势差为UCD＝－EdCD＝－2×104×(0.1－0.02－0.03) V＝－1 000 V，故A错误；让B板接地，B板电势为零，则C点电势φC＝EdCB＝2×104×3×10－2 V＝600 V，故B正确；让A板接地，A板电势为零，则D点电势φD＝－EdDA＝－400 V，故C错误；将一个电子从C点移到D点静电力做的功，与将电子先从C点移到P点再移到D点静电力做的功数值相同，故D错误.
U＝Ed只适用于匀强电场的定量计算，在非匀强电场中，不能进行定量计算，但可以定性地分析有关问题.(1)在非匀强电场中，U＝Ed中的E可理解为距离为d的两点间电场强度的平均值.(2)当电势差U一定时，场强E越大，则沿场强方向的距离d越小，即场强越大，等差等势面越密.(3)距离相等的两点间的电势差：E越大，U越大；E越小，U越小.
利用U＝Ed定性分析非匀强电场
例5 (1)某一电场的电场线和等势面如图5甲所示，已知φa＝5 V，φc＝3 V，ab＝bc，则A.φb＝4 V B.φb＞4 VC.φb＜4 V D.上述情况都有可能
(2)若电场线和等势面如图乙所示，其他条件不变，则答案为A.φb＝4 V B.φb＞4 VC.φb＜4 V D.上述情况都有可能
解析 由于题图乙是非匀强电场，不能根据U＝Ed进行定量计算，只能进行定性分析，由电场线的疏密可知ab和bc间电场强度的平均值Eab＞Ebc，所以Uab＞Ubc，即φa－φb＞φb－φc，
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