【教案】粤教版高中物理选修（3-1）1.4《电势和电势差》导学案.docVIP

学案5　电势和电势差 [学习目标定位] 1.理解电势差的概念，理解电场力做功的特点，掌握电场力做功与电势能变化的关系.2.理解电势、等势面的概念，知道电势差与电势的关系.3.会用UAB＝φA－φB及UAB＝WAB/q进行有关计算． 一、电势差 电场力的功与所移动电荷的电荷量的比值与电荷无关，它反映了电场自身在A、B两点的性质．我们定义这个比值为电场中A、B两点的电势差UAB＝.在国际单位制中，电势差单位为伏特，简称伏，符号为V. 二、电势 1．如果在电场中选定一个参考点P，规定该点电势为零，则电场中任意一点A的电势，数值上等于把单位正电荷从A点移到参考点P时电场力所做的功．用φA表示A点的电势，则φA＝，电势的单位是伏特． 2．电场中任意两点A、B间的电势差可表示为UAB＝φA－φB.若UAB为正值，表示A点的电势比B点的电势高．若UAB为负值，表示A点的电势比B点电势低，电势只有大小，没有方向，是标量． 三、等势面 电场中电势相等的点构成的曲面叫做等势面，相邻等势面之间的电势差值相等时，等势面密集的地方，电场较强，等势面稀疏的地方电场较弱.一、电场力做功的特点及其与电势能变化的关系 [问题设计] 1．如图1所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，(1)沿直线从A移动到B，电场力做的功为多少？(2)若q沿折线AMB从A点移动到B点，电场力做的功为多少？(3)若q沿任意曲线从A点移动到B点，电场力做的功为多少？据此可以得出什么结论？ 图1 答案　(1)电场力F＝qE，电场力与位移夹角为θ，电场力对试探电荷q做的功W＝F·|AB|cos θ＝qE·|AM|. (2)在线段AM上电场力做的功W1＝qE·|AM|.在线段MB上电场力做的功W2＝0，总功W＝W1＋W2＝qE·|AM|. (3)电荷在匀强电场中沿任意路径由A运动到B，电场力做功相同，为qE·|AM|.说明对同一电荷，电场力做功与路径无关，只与电荷的初末位置有关． 2．类比重力做功与重力势能变化的关系，电场力做正功，电势能如何变化？电场力做负功，电势能如何变化？电场力做功与电势能变化有怎样的数量关系？ 答案　电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加． 电场力做功的值等于电势能的变化量，即：WAB＝EpA－EpB. [要点提炼] 1．电场力做功的特点 电场力对某电荷所做的功，与该电荷的初末位置有关，与电荷经过的路径无关． (1)虽然此结论从匀强电场中推导出来，但也适用于非匀强电场． (2)电场力做功与重力做功相似，只要初末位置确定了，移动电荷做的功就是确定值． 2．电场力做功与电势能变化的关系 电场力做正功，电势能减少，减少的电势能等于电场力做的功．电场力做负功，电势能增加，增加的电势能等于克服电场力做的功，公式表达为WAB＝EpA－EpB. [延伸思考] 当正电荷顺着电场线运动时，电场力做什么功？电势能是增加还是减少？当负电荷顺着电场线运动时，电场力做什么功？电势能是增加还是减少？ 答案　正电荷顺着电场线运动时，电场力做正功，电势能减少．负电荷顺着电场线运动时，电场力做负功，电势能增加． 二、电势 [问题设计] 如图2所示的匀强电场，场强为E，取O点为零势能点，A点距O点为l，AO连线与电场线的夹角为θ.电荷量分别为q和2q的试探电荷在A点的电势能为多少？电势能与电荷量的比值各是多少？ 图2 答案　由EpA－EpO＝WAO＝Eqlcos θ，知电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos θ、2Eqlcos θ；电势能与电荷量的比值相同，都为Elcos θ. [要点提炼] 1．电场中某点的电势φ＝，在计算时应代入各自的正负号． 2．电势的标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负之分，电势为正表示比零电势高，电势为负表示比零电势低． 3．电势的相对性：零电势点的选取原则：一般选大地或无穷远处为零电势，只有选取了零电势点才能确定某点的电势大小． 4．电势是描述电场性质的物理量，决定于电场本身，与试探电荷无关． 5．判断电势高低的方法：(1)利用电场线：沿着电场线方向电势逐渐降低(此为主要方法)； (2)利用公式φ＝判断，即在正电荷的电势能越大处，电势越高，负电荷电势能越大处，电势越低． 三、电势差 [问题设计] 如图3所示， A、B、C为同一电场线上的三点，取B点电势为零时，A、C两点的电势分别为8 V和－6 V．A、C两点间的电势差UAC是多少？C、A两点间的电势差UCA是多少？ 图3 答案　UAC＝φA－φC＝14 V　UCA＝φC－φA＝－14 V [要点提炼] 1．电场中两点间电势差的计算公式：UAB＝φA－φB，UBA＝φB－φA，UAB＝－UBA. 2．电势差是标量，有正负，电势差的正负表示电势的高低．UAB＞0，表示A点电势比