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1、高中物理第2章电势能与电势差第3节电势差学案鲁科版选修3-1第3节 电_势_差1.电场中两点之间的电势之差叫电势差，UABAB。2电场中移动电荷过程中，电场力做的功W等于电荷量q和电势差的乘积。WABqUAB3匀强电场中，电场强度等于沿场强方向单位距离上的电势差，E。电势差与电场力做功1电势差电场中两点间的电势之差，也叫电压，公式：UABAB。单位：伏(V)，1 V1 J/C。2电势差与电场力做功的关系在电场中A、B两点间移动电荷q的过程中，电场力做的功W等于电荷量q和这两点之间的电势差的乘积，即WqUAB。即1 J1 CV。3电子伏特1 eV1.61019J，表示在电势差为1 V的两点间电子
2、自由移动时电场力所做的功。1正确理解电势差电势、电势差的关系与高度、高度差的关系对比如下：概念比较内容电势差高度差定义及表达式电场中两点间电势的差值，UABAB重力场中两点间高度的差值，hABhAhB正负的含义是标量，正负不表示方向，只表示高低，若UAB0，表示AB; 若UAB0，表示AB是标量，正负不表示方向，只表示高低，若hAB0，表示hAhB; 若hAB0，则表示hAhB大小决定因素大小与A、B在电场中的位置有关，与零电势点的选取无关大小与A、B在重力场中的位置有关，与零高度的选取无关与电势(或高度)的关系A相对于零电势点的电势差为A点的电势，与零电势点的选取有关A相对于零高度点的高度差
3、为A点的高度，与零高度点的选取有关与对应力做功的关系UAB，WAB表示电场力的功hAB，WAB表示重力做的功2.对电场力做功公式WABqUAB的理解(1)公式WABqUAB适用于任何电场，UAB为电场中A、B两点间的电势差。(2)公式中各量均有正负，计算中W和U的角标要相互对应，即WABqUAB，WBAqUBA。3电势能、电势、电势差、电场力做功的关系1关于电势差与电场力做功的说法中，正确的是()A电势差的大小由电场力在两点间移动电荷做的功和电荷的电荷量决定B电场力在两点间移动电荷做功的多少由两点间的电势差和该电荷的电荷量决定C.电势差是矢量，电场力做的功是标量D电场中两点间的电势差等于电场力
4、做功，电荷的电势能减小解析：本题主要考查电势差的概念及电场力做功与电势差的关系。电势差的大小由电场本身的因素决定，与移动电荷的电荷量及移动电荷所做的功无关，A项错。由WABqUAB知，B项对。电势差、电场力做的功都是标量，C项错。电场中两点间的电势差等于单位电荷从一点移到另一点电场力所做的功，D项错。因此正确答案为B项。答案：B电场强度与电势差的关系匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)大小关系：UEd或E。(2)方向关系：场强的方向就是电势降低最快的方向。(3)单位关系：1 V/m1 N/C。1电场强度和电势差的比较物理量电势差UAB电场强度E定义式UABE大小数值上等于单位正电荷从一点移到
5、另一点时，电场力所做的功数值上等于单位电荷受到的力方向标量、无方向规定为正电荷在该点所受电场力的方向联系场强的方向是电势降落最快的方向，但电势降落的方向不一定是场强的方向场强的大小等于沿场强方向每单位长度上的电势降落，即E或UABEd(匀强电场)2.应用UEd解决问题注意以下几点：(1)此式只适用于匀强电场，对非匀强电场可定性讨论；(2)d是电场中两点在电场方向的距离；(3)由公式EU/d知，在匀强电场中，场强等于沿场强方向每单位长度上的电势差；(4)单位“V/m”与“N/C”是相等的；(5)公式给出了匀强电场中的电势分布是均匀的。2如图231所示，匀强电场的场强E100 V/m，A、B两点相
6、距0.1 m，AB连线与电场线的夹角60，则A、B 两点间的电势差为多少？ 图 231解析：沿场强方向上的投影的长度为dcos0.1cos60m0.05 m，UABEd1000.05 V5 V。答案：5 V示波器的工作原理1用途示波器是一种常用的观测电信号波形的仪器，它还可以用来测量电信号的周期、频率、电压等参数。2构成阴极射线管示波器主要由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，示波管内抽成真空。1示波器的构造示波器的面板上有很多用于调节的旋钮，示波器的中心部件是示波管。2示波管的结构及工作原理(1)构造：如图232所示，主要由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，示波管内抽成真空。图232(2)工作原理：偏
7、转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏中心点形成一个亮斑。仅在YY(或XX)加电压：若所加电压稳定，则电子被加速，偏转后射到YY(或XX)所在直线上某一点，形成一个亮斑(不在中心)，如图233所示。 图233示波管实际工作时，竖直偏转板和水平偏转板都加上电压，一般地，加在水平偏转板上的是扫描电压，若两者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图。3(2012榆林高二检测)示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图234所示，如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的()图234A极板X应带负电B极板X应带正电C极板Y应带正电 D极板Y应带
8、正电解析：电子枪发射的电子带负电，在偏转电极作用下要偏转，可知极板X应带正电，极板Y应带正电，故C正确。答案：C电场力做功与电势差关系的应用例1在静电场中，一带电粒子仅在电场力作用下从电势为a的a点，运动至电势为b的b点，带电粒子的速度由va变为vb，则此带电粒子的比荷()为()A.B.C. D.思路点拨电场力对带电粒子做的功等于带电粒子动能的增量，利用动能定理即可求解。解析电场力做功WabqUabq(ab)，根据动能定理有WabEkbEkamvb2mva2。将以上两式联立可得。故选项C正确。答案C借题发挥 公式UABWAB/q对于非匀强电场同样适用，注意WAB为将电荷从A点移到B点电场力对电
9、荷做的功，可以为正值，也可以为负值；公式中q为正电荷时用正值代入，q为负电荷时用负值代入。1一个带正电的质点，电荷量q2.0109 C，在静电场中由a点移到b点，在这个过程中，除电场力做功外，其他力做的功为6.0105 J，质点的动能增加了8.0105 J，则a、b两点间的电势差Uab为()A3104 V B1104 VC4104 V D7104 V解析：设电场力做功为Wab，则WabqUab，由动能定理得WabW其他力Ek，解式得WabEkW其他力8.0105 J6.0105 J2.0105 J，由式得UabV1104 V。故选B。答案：B电场强度与电势差关系的应用 例2(2012厦门高二检
10、测)如图235所示，A、B、C三点都在匀强电场中，已知ACBC，ABC60，BC20 cm。场强方向与ABC所在平面平行。把一个电量q1105 C的正电荷从A点移到B点，电场力做功为零；从B点移到C点，电场力做功为1.732103 J，则该匀强电场的场强大小和方向是() 图235A866 V/m，垂直于AC向左B866 V/m，垂直于AC向右C1 000 V/m，垂直于AB斜向上D1 000 V/m，垂直于AB斜向下思路点拨先由电场力做功的计算公式WqU求出B、C两点间的电势差，再由公式UEd计算场强。解析电荷从A点移到B点，电场力不做功，说明A、B两点必位于同一个等势面上。题中指明为匀强电场
11、，等势面应为平面，且场强方向应垂直于等势面，可见选项A、B错误。根据电荷从B点移到C点电场力做功的情况，得B、C两点电势差UBC V173.2 V，即B点电势比C点低173.2 V。因此，场强方向必垂直于AB斜向下，大小EV/m1 000 V/m。故选项D正确。答案D借题发挥 (1)匀强电场等势面为平面，电场线与等势面垂直且由高等势面指向低等势面，确定了等势面就可确定电场线方向。(2)公式UEd中，U为两点间电压，E为匀强电场的场强，d为两点间距离在场强方向上的投影。2匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点，AB的长度为1 m，D为AB的中点，如图236所示。已知电场线的方向平行于A
12、BC所在平面，A、B、C三点的电势分别为14 V、6 V和2 V。设场强大小为E，一电荷量为1106C的正电荷从D点移到C点电场力所做的功为W，则() 图236AW8106 J，E8 V/mBW6106 J，E6 V/mCW8106 J，E8 V/mDW6106 J，E6 V/m解析：根据匀强电场中电势分布均匀的特点可知：D点的电势为D V10 VD、C间的电势差为UDCD C10 V2 V 8 V电荷量为1106 C的正电荷从D点移到C点电场力所做的功为WqUDC1106 8 J8106 J在直线AC上等分为六等份，可以找到电势为6 V的点，即B点的等势点，把该点与B点连接可得到电势为6 V
13、 的等势面，从A点到该等势面的垂线距离为d，电场强度为E，从几何关系可知，d小于AB间的距离1 m，所以E8 V/m。答案：A示波器原理的应用例3水平放置的两块平行金属板长L5.0 cm, 两板间距d1.0 cm, 两板间电压为90 V，且上板为正，一个电子沿水平方向以速度v02.0107 m/s，从两板中间射入，如图237所示。 图237(1)电子偏离金属板时的侧位移是多少？(2)电子飞出电场时的速度是多少？审题指导解决此题关键有三点：(1)电子在电场中运动重力不计。(2)电子在电场中运动的规律是类平抛运动。(3)灵活应用运动的合成与分解的思想。解析(1)电子在电场中的加速度a侧位移即竖直方向的位移yat2又因t，则y0.5 cm(2)电子飞出电场时，水平分速度vxv0竖直分速度vyat4106 m/s则电子飞出电场时的速度v 2.04107 m/s设v与v0的夹角为，则tan0.2则arctan0.2电子飞出电场时速度方向与v0方向夹角arctan0.2，斜向上。
