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(共27张PPT)
第一章 静电场
第 5 节 电势 电势差
教学目标
1.掌握电势的概念.
2.理解电势差的概念及表达式.
3.知道静电力做功与电势差的关系.
4.了解等势面的意义.
5.知道电势差和电势、等势面的关系.
1、电场力做功的特点是什么?
静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,与电荷经过的路径无关。
2、电场力做功和电势能的关系如何?
电场力做正功,电势能就减少
电场力做负功,电势能就增加
WAB = EpA-EpB
静电力做功等于电势能的减少量
复习回顾
交流与讨论:
1、如图所示的匀强电场,规定C点为电势能零点,把检验电荷q从A点移到C点,写出电场力所做功W的表达式。
W=Eq·x·cosα
一、电势
A
B
x
α
E
+
C
2、根据电场力做功与电势能变化的关系,写出电荷在A点具有的电势能。
W=EpA-EpC
EpC =0
EpA=W=Eq·x·cosα
交流与讨论:
3、如果把电荷量2q、3q、…nq的检验电荷从A点移到C点,完成表格
一、电势
A
B
x
α
E
+
C
检验电荷电量q q 2q 3q … nq
A→C电场力做功
电荷在A的电势能EpA
EpA/q
W
2W
3W
nW
W
2W
3W
nW
W/q
W/q
W/q
W/q
交流与讨论:
3、如果把电荷量2q、3q、…nq的检验电荷从A点移到C点,完成表格.
一、电势
A
B
x
α
E
+
C
检验电荷电量q q 2q 3q … nq
B→C电场力做功
电荷在B的电势能EpA
EpB/q
W1
2W1
3W1
nW1
W1
2W1
3W1
nW1
W1/q
W1/q
W1/q
W1/q
研究以上两个表格,你发现了什么?
交流与讨论:
研究表明:电场中的同一点,不同电荷具有的电势能不同,但是电荷的电势能与其电荷的比值是一定值。
一、电势
A
B
x
α
E
+
C
在电场中不同点,这个比值一般不同。
在这个比值较大的地方,相同的电荷具有的电势能较大。
可见,这个比值从能量的角度描述了静电场中该位置的性质
一、电势
1、定义:
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,叫做这一点的电势。
2、定义式:
3、单位:伏特,符号为V
4、电势只有大小,没有方向,是标量。
5、电势具有相对性
电势是相对于零势能参考点的,
一般选取无穷远电势为0,实际应用中常取大地电势为0
1、电场中两点间电势的差值,叫电势差,也叫电压。
则有
或者
显然
电场中A点的电势为
,B点的电势为
2、设电场中A、B两点的电势为UAB
3、电势差是标量,正负不表示方向,表示两点间电势的高低。
二、电势差
或
电荷q从电场中A点移到B点,
电场力做功
电场力做功与电势差的关系:
说明:
①由UAB=WAB/q知,UAB在数值上等于单位正电荷由A移到B点时电场力所做的功WAB
②公式WAB=qUAB适用于任何电场,UAB为电场中A、B两点间的电势差.
③电势差单位也是伏特,是描述电场本身性质的物理量,只与位置有关。
三、电势和电势差的正负
电势的正负是与零电势点相比较而言的,某点的电势为正,即表示该点电势比零点高,
正电荷放在该点,电势能比放在零点时的电势能大。
某点的电势为负,即表示该点电势比零点低,正电荷放在该点,电势能比放在零点时的电势能小。
思考与讨论:如果放的是负电荷呢?
E
+
零电势
+
三、电势和电势差的正负
AB两点间的电势差如果为正,表示A点电势高于B点,正电荷从A点移到B点过程中,电场力做正功,反之,电场力做负功。
某点电势的正负,与零电势的选取有关。但两点间电势差的正负及数值,与零电势的选取无关。
E
A
B
讨论交流:
1.把正电荷+q从A移动到B,电场力做什么功?AB两点哪一点电势较高?
E
A
B
2.把负电荷-q从A移动到B,电场力做什么功?AB两点哪一点电势较高?
3.如果这是一个正点电荷电场的电场线,那么场源电荷离A近还是离B近?
4.如果这是一个负点电荷电场的电场线,那么场源电荷离A近还是离B近?
做正功,A高
做负功,A高
A近
B近
结论:沿电场线方向,电势降低
在地图上,常用等高线表示地势的高低。
在电场的图示中,常用等势面来表示电势的高低。
三、等势面
电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面
可以形象描述电势的分布
三、等势面
几种常见的等势面
正点电荷的等势面
匀强电场的等势面
等量异种电荷的等势面
等量同种电荷的等势面
(1)在同一等势面上的任意两点间移动电荷,电场力不做功
(2)电场线(或E)⊥等势面,且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面
等势面的特点
(4)等势面密处场强大、电场线密,等势面疏处场强小、电场线疏
(3)不同等势面在空间不相交、不相切,闭合
(5)沿电场方向电势降低最快
(6)匀强电场中电势均匀变化
20
10
0
归纳总结
例1、在下图中,某电场的等势面用实线表示,各等势面的电势分别为10 V、6 V和-2 V,则UAB=________,UBC=________,UCA=________.
由图可知,A、B处在同一个等势面上,则有φA=φB,故UAB=0
BC间的电势差为
UBC=10V-(-2V)=12V
CA间的电势差为
UCA=(-2V)-10V=-12V
0
12V
-12V
典例分析
例2、在匀强电场中把2.0×10-9C的正电荷从A点移到B点,静电力做功 1.5 ×10-7J。再把这个电荷从B点移到C点,静电力做功-4.0×10-7J 。
(1)比较A、B、C三点的电势高低;
(2)计算A、B间, B、C间, A、C间的电势差;
(3)计算把-1.5×10-9C的电荷从A点移到C点静电力做功;
(4)根据以上结果,画出该匀强电场中的电场线和等势面,标出A、B、C三点可能的位置。
例2、在匀强电场中把2.0×10-9C的正电荷从A点移到B点,静电力做功 1.5 ×10-7J。再把这个电荷从B点移到C点,静电力做功-4.0×10-7J 。
(1)比较A、B、C三点的电势高低;
(2)计算A、B间, B、C间, A、C间的电势差;
(3)计算把-1.5×10-9C的电荷从A点移到C点静电力做功;
(4)根据以上结果,画出该匀强电场中的电场线和等势面,标出A、B、C三点可能的位置。
例2、在匀强电场中把2.0×10-9C的正电荷从A点移到B点,静电力做功 1.5 ×10-7J。再把这个电荷从B点移到C点,静电力做功-4.0×10-7J 。
(1)比较A、B、C三点的电势高低;
(2)计算A、B间, B、C间, A、C间的电势差;
(3)计算把-1.5×10-9C的电荷从A点移到C点静电力做功;
(4)根据以上结果,画出该匀强电场中的电场线和等势面,标出A、B、C三点可能的位置。
一、电势:φ=Ep/q
二、电势差:电场中两点间电势的差值,叫电势差,也叫电压。
电场力做功与电势差的关系:
三、电势和电势差的正负
四、等势面:电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面
掌握常见的等势面分布
或
课堂小结
1.如图所示的电场中,A、B两点间的电势差UAB=20 V,将点电荷q=
-2×10-9C,由A点移到B点,静电力所做的功是多少?
解:电场力所做的功
WAB=UAB·q=20×(-2×10-9)
= -4.0×10-8J
跟踪练习
2.在如图所示的电场中,把点电荷q=+2×10-11C,由A点移到B点,电场力做功WAB=4×10-11J。A、B两点间的电势差UAB等于多少?B、A两点间的电势差UBA等于多少?
解:由静电力做功与电势差的关系得
3.如图所示,实线表示一簇关于x轴对称的等势面,在轴上有A、B两点,则( )
A.A点场强小于B点场强
B.A点场强方向指向x轴负方向
C.A点场强大于B点场强
D.A点电势低于B点电势
解析:选A.由于电场线与等势面总是垂直,所以B点电场线比A点密,B点场强大于A点场强,故A正确,C错误.电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面,故B错误.由图中数据可知D错误.
A
4.关于等势面,正确的说法是( )
A.电荷在等势面上移动时不受电场力作用,所以不做功
B.等势面上各点的场强大小相等
C.等势面一定跟电场线垂直
D.两等势面不能相交
CD
A
O
b
c
O→c由动能定理得
在b点,小球受力如图所示
qE
mg
mg=qE
5.如图所示,水平固定的小圆盘A,带电量为Q,电势为零,从圆盘外O静止释放一质量为m,带电量为+q的小球,由于电场力的作用,小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的c点,Oc=h,又知道过竖直线上的b点时,小球速度最大,则在Q所形成的电场中,可确定的物理量是( )
A. b点的场强 B. c点的场强
C. b点的电势 D. c点的电势
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谢谢
大家
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