物理3-1第1章+第5节 电势差
第一章5 电势差—人教版高中物理选修3-1讲义
5 电势差一、电势和电势差(1)电势差：电场中两点间电势的差值叫做电势差，也叫电压. (2)电场中两点间的电势差与零电势点的选择无关.(3)公式：电场中A 点的电势为φA ，B 点的电势为φB ，则U AB ＝φA －φB ，U BA ＝φB －φA ，可见U AB ＝－U BA .(4)电势差是标量，若U AB 为正值，则A 点的电势比B 点的电势高；若U AB 为负值，则A 点的电势比B 点的电势低.(5)电势差的单位和电势的单位相同，均为伏特，符号是V .(6)电势差的客观性：电势差虽然可以由U AB ＝W ABq 表示，但电势差U AB 由电场本身决定，与在这两点间移动电荷q 的电荷量、静电力做的功W AB 均无关.电势和电势差的比较二、电场力做功与电势差的关系1.公式U AB ＝W ABq 或W AB ＝qU AB 中符号的处理方法：(1)带正、负号进行运算：把电荷q 的电性和电势差U 的正负代入；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.(2)只将绝对值代入公式运算：计算时，q 、U 都取绝对值，算出的功也是绝对值，至于静电力做的是正功还是负功，可以根据电荷的正、负及电荷移动的方向与电场线方向的关系进行判断.2.公式W AB＝qU AB适用于任何电场，其中U AB为电场中A、B两点间的电势差，W AB 仅是电场力做的功，不包括从A到B移动电荷时，其他力所做的功.3.公式W AB＝qU AB中W与U的角标要对应，不要造成混乱，因为U AB＝－U BA，W AB ＝－W BA.1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？(2)如以B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少？电荷在A、C两点的电势能各为多少？2如图所示为某静电场等势面的分布，电荷量为1.6×10－9 C的正点电荷从A经B、C到达D点，则从A至D，电场力对电荷做的功为()A.4.8×10－8 JB.－4.8×10－8 JC.8.0×10－8 JD.－8.0×10－8 J3一个带正电的质点，电荷量q＝2.0×10－9 C，在静电场中由a点移动到b点.在这个过程中，除电场力外，其他外力做的功为6.0×10－5 J，质点的动能增加了8.0×10－5 J，则a、b两点间的电势差U ab为()A.1×104 VB.－1×104 VC.4×104 VD.－7×104 V4将一电荷量为－3×10－6 C的负电荷从电场中的A点移动到B点，克服电场力做了3×10－5 J的功，再将该电荷从B点移动到C点，电场力做了1.2×10－5 J的功，则A、C间的电势差为多少？电荷从A点移动到B点再从B点移动到C点的过程中，电势能变化了多少？5电场中有A、B两点，一个点电荷在A点的电势能为1.2×10－8 J，在B点的电势能为0.80×10－8 J.已知A、B两点在同一条电场线上，如图所示，该点电荷的电荷量大小为1.0×10－9 C，则()A.该电荷为负电荷B.该电荷为正电荷C.A、B两点的电势差U AB＝4.0 VD.把该点电荷从A移到B，电场力做功为W AB＝0.40×10－8 J6如图所示，三条曲线表示三条等势线，其电势φC＝0，φA＝φB＝10 V，φD＝－30 V，将电荷量为q＝1.2×10－6 C的电荷在该电场中移动.(1)把这个电荷从C移到D，静电力做功多少？(2)把这个电荷从D移到B再移到A，电势能变化多少？7如图，一质量为m、电荷量为q(q＞0)的粒子在匀强电场中运动，A、B为其运动轨迹上的两点.已知该粒子在A点的速度大小为v0，方向与电场方向的夹角为60°；它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为30°.不计重力.求A、B两点间的电势差.5电势差1解析(1)解法一：先求电势差的绝对值，再判断正、负.|U AB|＝|W AB||q|＝6×10－43×10－6V＝200 V，因负电荷从A移到B克服静电力做功，必是从高电势点移到低电势点，即φA＞φB，U AB＝200 V.|U BC|＝|W BC||q|＝9×10－43×10－6V＝300 V，因负电荷从B移到C静电力做正功，必是从低电势点移到高电势点，即φB＜φC，U BC＝－300 V.U CA＝U CB＋U BA＝－U BC＋(－U AB)＝300 V－200 V＝100 V.解法二：直接取代数值求.电荷由A移向B克服静电力做功即静电力做负功，W AB ＝－6×10－4 J ，U AB ＝W AB q ＝－6×10－4－3×10－6 V ＝200 V .U BC ＝W BCq ＝9×10－4－3×10－6V ＝－300 V .U CA ＝U CB ＋U BA ＝－U BC ＋(－U AB )＝300 V －200 V ＝100 V . (2)若φB ＝0，由U AB ＝φA －φB ，得φA ＝U AB ＝200 V . 由U BC ＝φB －φC ，得φC ＝φB －U BC ＝0－(－300) V ＝300 V . 电荷在A 点的电势能E p A ＝qφA ＝－3×10－6×200 J ＝－6×10－4 J. 电荷在C 点的电势能E p C ＝qφC ＝－3×10－6×300 J ＝－9×10－4 J. 2 答案 B解析 U AD ＝φA －φD ＝－40－(－10)V ＝－30 V . 所以W AD ＝qU AD ＝1.6×10－9×(－30)J ＝－4.8×10－8 J. 3 答案 A解析 设电场力做功为W ，由动能定理知：W ＋6.0×10－5 J ＝8.0×10－5 J ，可求得W ＝2.0×10－5 J ，因此a 、b 两点间的电势差为U ab ＝Wq ＝1×104 V ，故选A.4 答案 6 V 增加了1.8×10－5 J 解析 AB 间的电势差为： U AB ＝W AB q ＝－3×10－5－3×10－6V ＝10 VBC 间的电势差为：U BC ＝W BC q ＝1.2×10－5－3×10－6 V ＝－4 V所以有：U AC ＝U AB ＋U BC ＝(10－4) V ＝6 V ；电荷从A 点移动到B 点再从B 点移动到C 点的过程中，电势能的变化等于电场力做的功，即：ΔE p ＝W AB ＋W BC ＝(－3×10－5＋1.2×10－5) J ＝－1.8×10－5 J电场力做负功，电荷的电势能增大，增加量为1.8×10－5 J.5答案AD解析A点的电势能大于B点的电势能，将该点电荷从A点移到B点电场力做正功，所以该电荷一定为负电荷，且W AB＝E p A－E p B＝1.2×10－8 J－0.80×10－8 J＝0.40×10－8 J，故A、D正确，B错误；U AB＝W ABq＝0.40×10－8－1.0×10－9V＝－4.0 V，故C项错误.6答案(1)3.6×10－5 J(2)增加了4.8×10－5 J 解析(1)U CD＝φC－φD＝30 VW CD＝qU CD＝1.2×10－6×30 J＝3.6×10－5 J.(2)U DA＝φD－φA＝(－30－10) V＝－40 VW DA＝qU DA＝1.2×10－6×(－40) J＝－4.8×10－5 J所以电势能增加了4.8×10－5 J.7答案mv20 q解析设带电粒子在B点的速度大小为v B.粒子在垂直于电场方向上的速度分量不变，即v B sin 30°＝v0sin 60°①由此得v B＝3v0 ②设A、B两点间的电势差为U AB，由动能定理有qU AB＝12m(v2B－v20) ③联立②③式得U AB＝mv20 q.。
物理3-1 第一章 第五节 电势差
第五节 电势差m h h h B A AB 10==-=∆ v U B A AB 10==-=ϕϕ1、 电势差（1）定义：电场中两点间电势的差值，也叫电压。
用AB U 表示。
（2）公式：B A AB U ϕϕ-= 或 A B A B U ϕϕ-=所以有：AB U =-BA U注意： ①电势差是标量，可正，可负。
正负表示两点电势的高低 ②电势的数值与零电势点的选取有关，电势差的数值与零电势点的选取无关2、静电力做功与电势差的关系A 20m 10mB 10m 0mC 0m-10mＡ 0V -10ＶB 10V 0ＶC 20V10Ｖ 高度对比图 电势对比图电荷Q 在电场中从A 移动到B 时，静电力做的功W AB 等于电荷在A 、B 两点的电势能之差。
推导：()AB B A B A PB PA AB qU q q q E E W =-=-=-=ϕϕϕϕ所以有： AB AB qU W = 或 qW U AB AB =③ 即：电场中A 、B 两点间的电势差等于电场力做的功与试探电荷Q 的比值。
注意：电场中A 、B 两点间的电势差跟移动电荷的路径无关，只与AB 位置有关 三、符号的处理1、 计算时将各量的正、负号代入公式2、 代入绝对值，并根据结果的正、负号进行判断。
巩固练习：1、求两点间的电势差（用两种方法处理） 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W AB =4×10-11J 。
A 、B 两点间的电势差U AB 等于多少？B 、A 两点间的电势差U BA等于多少？ 解：由静电力做功与电势差的关系得21021041111=⨯⨯==--q W U AB AB V 2-=-=AB BA U U V2、求静电力做功如图所示的电场中，A 、B 两点间的电势差U AB =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 W AB =U AB ·q =20×（－2×10-9）= -4.0×10-8J3、电场知识的综合应用电场中A 、B 两点的电势是ϕA =800 V ， ϕB = -200 V ，把电荷q = -1.5×10-8C 由A 点移到B 点，电场力做了多少功？电势能是增加还是减少，增加或者减少多少？解：U AB =ϕA －ϕB =800-（-200）=1000 V∴W AB =qU AB =（-1.5×10- 8）×1000= -1.5×10-5J 电场力做负功，则电势能增加，增加1.5×10-5J。
【物理】1.5 电势差 课件(人教选修3-1)
(2)若φB=0,由UAB=φA-φB
得φA=UAB+φB=200 V 同理φC=φB-UBC =0-(-300) V =300 V. 电荷在A点的电势能 EPA=qφA=-3×10-6×200 J
=-6×10-4J.
电荷在C点的电势能
EPC=qφC=-3×10-6×300 J =-9×10-4 J. 答案:(1)UAB=200 V UBC=-300 V UCA=100 V (2)φA=200 V φC=300 V EPA=-6×10-4 J EPC=-9×10-4 J
W 名师点拨:求解电场中两点间的电势差,根据公式 U q 计算 时,可把各物理量的数值及符号一并代入,也可代入绝对值,
然后根据题意再判断各物理量的正负.若知道各点电势可 根据定义来求两点间电势差要注意计算时各物理的角标要 对应,电场中各点电势差可依次用代数方法叠加,即:
UMN=UMA+UAB+UBC+…+UPN
､C两点的电势能分别为多少?
解析:电荷从A到B克服电场力做功,即电场力 做负功. WAB=-6×10-4 J UAB=
WAB 6 104 V 200V 6 q 3 10
4 W 9 10 UBC= BC V 300V 6 q 3 10
UCA=UCB+UBA =-UBC+(-UAB) =100 V.
答案:C
A.16 J
C.6 J
B.10 J
D.4 J
解析:由能量转化与守恒定律可得 q·φ3+Ek3=qφ, 根据题意相邻等势线间的电势差相等,φ2=0则有 φ1-φ2=φ2-φ3 由以上两式可得 q·φ3= 1 Ek3 2
则该电荷的电势能和动能的总和E=qφ3+Ek3=10 J
3-1 第一章 第五节 电势差
2. 在研究微观粒子时常用电子伏特（eV）作 在研究微观粒子时常用电子伏特（ ） 做能量的单位。 等于一个电子经过1 电 做能量的单位 。 1eV等于一个电子经过 V电 等于一个电子经过 压加速后所增加的动能。 压加速后所增加的动能。请推导电子伏特与焦 耳的换算关系。 耳的换算关系。
练习
3.如图所示的匀强电场中，细线为电场线。 如图所示的匀强电场中，细线为电场线。 如图所示的匀强电场中 粗线是一带正电的微粒射入该电场后的 运动轨迹， 、 是轨迹上的两点 是轨迹上的两点。 运动轨迹，a、b是轨迹上的两点。根据 以上描述，可做如下判断： 以上描述，可做如下判断： A、场强方向向右，a点电势较高 、场强方向向右， 点电势较高 B、场强方向向左，a点电势较高 、场强方向向左， 点电势较高 C、场强方向向左，b点电势较高 、场强方向向左， 点电势较高 D、场强方向向右，b点电势较高 、场强方向向右， 点电势较高
例题1： 例题 ： 在电场中把2.0×10-9C的正电荷从 点移到B点，静电力做功 在电场中把 × 的正电荷从A点移到 点 的正电荷从 点移到 1.5×10-7J。 × 。 再把这个电荷从B点移到 点，静电力做负功-4.0×10-7J。 再把这个电荷从 点移到C点 静电力做负功 × 。 点移到
三点中哪点电势高？ （1）A、B、C三点中哪点电势高？哪点电势最低？ ） 、 、 三点中哪点电势高 哪点电势最低？ 间的电势差各是多大？ （2）A、B间，B、C间，A、C间的电势差各是多大？ ） 、 间 、 间 、 间的电势差各是多大 的电荷从A点移到 （3）把-1.5×10-9C的电荷从 点移到 点，静电力做多少功？ ） × 的电荷从 点移到C点 静电力做多少功？
第五节 电势差
一、电势差： 电势差： 电场中两点间电势的差值，也叫电压。 电场中两点间电势的差值，也叫电压。
【高中物理】高中物理(人教版)选修3-1同步教师用书： 第1章 5 电势差
5 电势差学习目标知识脉络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．(重点)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．(难点)电势差[先填空]1．定义：电场中两点间电势的差值，也叫电压．2．表达式：若A点电势为φA，B点电势为φB.则U AB＝φA－φB；U BA＝φB－φA.3．单位：伏特，符号V.[再判断]1．电势差有正、负，是矢量．(×)2．电场中两点间电势差是恒定的，与零电势点选取无关．(√)3．若U AB>0，说明从A到B电势降低．(√)[后思考]电势差由什么来决定？与电场中有无试探电荷是否有关？与零电势位置的选取有关吗？【提示】电势差由电场中的两点位置来决定，与有无试探电荷无关；与零电势的位置选取也无关．[合作探讨]如图1-5-1所示，A、B、C为同一电场线上的三点，取B点电势为零时，A 点的电势φA＝8 V，C点的电势φC＝－6 V.图1-5-1探讨1：A、C两点的电势差U AC是多少？C、A两点的电势差U CA是多少？【提示】U AC＝φA－φC＝14 V，U CA＝φC－φA＝－14 V.探讨2：若取C点为零电势点，则U AC是多少？φA、φB又各是多少？【提示】U AC＝14 V，φA＝14 V，φB＝6 V.探讨3：选取不同的零电势参考面，电场中某点的电势、两点间的电势差也会随之而改变吗？【提示】电势随之而改变，电势差不变．[核心点击]1．电势差的理解电势差由电场本身的性质决定，与在这两点间移动的电荷的电荷量、电场力做功的大小无关．2．电势和电势差的比较电势φ电势差U AB区别定义φ＝E pqU AB＝φA－φB决定因素由电场和在电场中的位置决定由电场和场内两点位置决定相对性有，与零电势点的选取有关无，与零电势点的选取无关概念比较内容联系数值关系U AB＝φA－φB，U BA＝－U AB单位相同，均是伏特(V)，常用的还有kV、mV等标矢性都是标量，均具有正负物理意义均是描述电场的能的性质的物理量1．在电场中A、B两点间电势差为U AB＝75 V，B、C两点间电势差U BC＝－200 V，则A、B、C三点的电势高低关系为()A．φA>φB>φC B．φA<φC<φBC．φC>φA>φB D．φC>φB>φA【解析】因为U AB＝φA－φB＝75 V>0，所以φA>φB，因为U BC＝φB－φC＝－200 V<0，所以φB<φC，又U AC＝U AB＋U BC＝75 V＋(－200)V＝－125 V<0，所以φA<φC，则φC>φA>φB，C正确．【答案】 C2．有一带电荷量q＝－3×10－6 C的点电荷，从电场中的A点移到B点时，克服静电力做功6×10－4 J，从B点移到C点时，静电力做功9×10－4 J．求：(1)AB、BC、CA间电势差各为多少？(2)如果B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少？电荷在A、C两点的电势能各为多少？【导学号：34522011】【解析】根据U＝W q则U AB＝－6×10－4－3×10－6V＝200 V，即φA－φB＝200 VU BC＝9×10－4－3×10－6V＝－300 V，即φB－φC＝－300 V U CA＝φC－φA＝100 V.(2)若φB＝0，则φA＝200 V，φC＝300 VE p A＝φA q＝200×(－3×10－6) J＝－6×10－4 J.E p C＝φC q＝300×(－3×10－6) J＝－9×10－4 J.【答案】(1)200 V－300 V100 V(2)200 V300 V－6×10－4 J－9×10－4 J电势差求解技巧(1)采用直接代入符号运算的方法，会更加便捷，但要注意正、负号的运用．(2)电场中各点间的电势差可依次用代数方法相加，但要注意角标的排序，如U AD＝U AB＋U BC＋U CD，U AB＝－U BA.静电力做功与电势差的关系[先填空]1．公式推导电荷q在电场中从A点移到B点，由静电力做功与电势能变化的关系可得：W AB＝E p A－E p B，由电势能与电势的关系φ＝E pq可得E p A＝qφA，E p B＝qφB.所以W AB＝q(φA－φB)＝q·U AB，所以有U AB＝W AB q.2．公式U AB＝W AB q.3．物理意义电场中A、B两点间的电势差等于电场力做的功与电荷量q的比值．[再判断]1．若电场中两点间的电势差U AB＝1 V，则将单位电荷从A点移到B点，电场力做功为1 J．(×)2．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．(√)3．若将电荷q从电场中的A点分别移到B、C、D各点过程中，电场力做功相同，则B、C、D三点的电势必然相等．(√)[后思考]把电荷从电场中电势较高的地方移动到电势较低的地方，电场力做正功还是负功？【提示】根据U AB＝φA－φB，电势差为正．由W AB＝qU AB，若q为负电荷，电场力做负功；若q为正电荷，则电场力做正功．[合作探讨]如图1-5-2所示，带电荷量为q＝＋5.0×10－8 C的点电荷从A点移至B点，克服静电力做功3.0×10－6 J．外力F做功5.0×10－6 J.图1-5-2探讨1：电荷q从A点移至B点的过程中，电势能变化了多少？【提示】电势能增加了3.0×10－6 J.探讨2：A、B两点的电势差U AB为多大？【提示】U AB＝W ABq＝－3.0×10－65.0×10－8V＝－60 V.探讨3：电荷的动能变化了多少？【提示】动能增大了5.0×10－6 J－3.0×10－6J＝2.0×10－6 J. [核心点击]1．正确理解电势差公式U AB＝W AB q(1)用U AB＝W ABq或W AB＝qU AB计算时，W AB、U AB、q都要带入正、负号，理解各物理量正、负号的意义．(2)计算时，也可把各物理量都代入绝对值，电场力做功的正、负根据电荷的移动方向及所受电场力的方向的具体情况来确定，电势差的正、负根据两点电势的高低判断．(3)W AB＝qU AB适用于任意电场．2．电场力做功的求解四法四种求法表达式注意问题功的定义W＝Fd＝qEd (1)适用于匀强电场(2)d表示沿电场线方向的距离功能关系(1)W AB＝E p A－E p B(2)W AB＝－ΔE p(1)既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场(2)既适用于只受电场力的情况，也适用于受多种力的情况电势差法W AB＝qU AB动能定理W静电力＋W其他力＝ΔE k3.(多选)如图1-5-3所示的同心圆是电场中的一簇等势面，一个电子只在电场力作用下沿着直线由A向C运动时的速度越来越小，B为线段AC的中点，则有()【导学号：34522012】图1-5-3A．电子沿AC运动时受到的电场力越来越小B．电子沿AC运动时它具有的电势能越来越大C．电势φA>φB>φCD．电势差U AB＝U BC【解析】由于等势线是电场中的一簇同心圆，且电子由A向C运动过程速度越来越小，故题中电场是由一个处于圆心的负电荷产生的，根据库仑定律可以判断，电子沿AC方向运动时受到的电场力越来越大，故A错误；电子沿AC 方向运动时，电场力做负功，故电势能逐渐变大，故B正确；电场线与等势面垂直，且由电势高的等势面指向电势低的等势面，电子由A向C运动过程速度越来越小，故电场力向外，场强向内，故外侧电势较高，故φA>φB>φC，故C正确；电子沿AC 方向运动过程中，电场力逐渐变大，从A 到B 过程电场力较小，故从A 到B 过程电场力做功较少，根据电势差与电场力做功关系U AB ＝W AB q ，可以得到：U AB <U BC ，故D 错误．【答案】 BC4．(多选)空间存在匀强电场，有一电荷量为q (q ＞0)、质量为m 的粒子从O 点以速率v 0射入电场，运动到A 点时速率为2v 0.现有另一电荷量－q 、质量m 的粒子以速率2v 0仍从O 点射入该电场，运动到B 点时速率为3v 0.若忽略重力的影响，则( )A ．在O 、A 、B 三点中，B 点电势最高B ．在O 、A 、B 三点中，A 点电势最高C ．OA 间的电势差比BO 间的电势差大D ．OA 间的电势差比BO 间的电势差小【解析】 由动能定理有：qU OA ＝12m (2v 0)2－12m v 20＝32m v 20；－qU OB ＝12m (3v 0)2－12m (2v 0)2＝52m v 20，故在三点中，B 点的电势最高，A 点的电势最低，OA 间的电势差比BO 间的电势差小，所以选AD.【答案】 AD静电场中功能关系问题的三种情况(1)合力做功等于物体动能的变化量，即W 合＝ΔE k .这里的W 合指合外力做的功．(2)电场力做功决定物体电势能的变化量，即W AB ＝E p A －E p B ＝－ΔE p .这与重力做功和重力势能变化之间的关系类似．(3)只有电场力做功时，带电体电势能与动能的总量不变，即E pl ＋E kl ＝E p2＋E k2.这与只有重力做功时，物体的机械能守恒类似．高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。
高中物理必修3第1章第5节《电势差》优质课件
一、对电势差的理解
1．电势差的理解
(1)电场中两点间的电势差，由电场本身的性质决定，与电势零点的选择无关，与在这两点间移动电荷
的电荷量及电荷的性质无关．在确定的电场中，即便不放入电荷，任意两点间的电势差都有确定的值．
(2)由公式
U
A
B
＝W
A
q
B
看出，U
AB
在数值上等于单位正电荷由 A
点移到
B
点时静电力所做的功．
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二、静电力做功与电势差的关系 WAB
1．关系：WAB＝__q_U_A_B___或 UAB＝___q____. 2 ． 证 明 ： WAB ＝ _E_p_A_－__E__p_B_ ＝ qφA － qφB ＝q_(_φ_A_－__φ_B_)__ 得 WAB＝qUAB.
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电势差是标量还是矢量？正、负表示什么？ 提示：是标量．正、负表示电势的高低．
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(3)电势差是标量，但有正、负，正、负只表示哪点电势高，
哪点电势低．在某一电场中如果 U A B ＝φA －φB >0，即φA >φB ， 而 U A B ＝φA －φB <0，则表示φA<φB .
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高二物理复习总结：1.5《电势差》课件(新人教版选修3-1)
电势高低：φB－φC＝－300 V② 由①②式相加得 UAC＝φA－φC＝－100 V 所以 A、C 两点中 C 点的电势较高.
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第5节
电势差
要点一 电势差定义式 UAB＝WAB/q 的理解 WAB 1．UAB＝ q 中，WAB 为 q 从初位置 A 运动到末位置 B 时静电力做的功， 计算时 W 与 U 的角标要对应， 即 WAB＝qUAB， WBA＝qUBA. WAB 2．UAB＝ q 中，各量均可带正负号运算．但代表的意义 不同．WAB 的正、负号表示正、负功；q 的正、负号表示电性， UAB 的正、负号反映 φA、φB 的高低． WAB 3．公式 UAB＝ q 不能认为 UAB 与 WAB 成正比，与 q 成 反比，只是可以利用 WAB、q 来测量 A、B 两点电势差 UAB， UAB 由电场和 A、B 两点的位置决定． 4．WAB＝qUAB，适用于任何电场．静电力做的功 WAB 与 移动电荷 q 的路径无关．只与初、末位置的电势差有关．
2.电势差和电势的区别与联系是什么？ 电势 φ 电势差 UAB＝φA－φB
(1)( 电场中某点的 ) 电势 (1)( 电场中两点间的 ) 电 与零电势点的选取有关 势差与零电势点的选取 ( 一 般 取 无 限 远 处 或 地 无关 球 表 面 的 电 势 为 零 电 (2)电势差由电场和这两 区 别 势) 点间的位置决定
(2) 电 势 由 电 场 本 身 决 (3)绝对量 定，反映电场的能的性 (4)标量，可正可负，正 质 (3)相对量 (4)标量，可正可负，正 负号相对零电势面而言 负号反映了 φA、 φB 的高 低
人教版物理选修3-1第一章第四、五节电势差练习题(附答案)
电势差练习一、选择题：1、在静电场中，下列说法正确的是（ ） A 、电场强度为零的点，电势一定为零B 、电场强度处处相同的区域内，电势也一定处处相同C 、电势降低的方向，一定是电场强度的方向D 、匀强电场中的等势面是一簇彼此平行的平面2、a 、b 为电场中的两点，且a 点电势高于b 点电势，则可知（ ） A 、把负电荷从a 点移到b 点电场力做负功，电势能增加 B 、把正电荷从a 点移到b 点电场力做正功，电势能减少C 、无论移动的是正电荷还是负电荷，电荷的电势能都要减少D 、无论是否有电荷移动，a 点的电势能总是大于b 点的电势能3、一负电荷仅受电场力的作用，从电场中的A 点运动到B 点，在此过程中该电荷做初速度为零的匀加速直线运动，则A 、B 两点电场强度A B E E 、及该电荷在A 、B 两点的电势能pA pB E E 、之间的关系为（ ）A B A B pA pB pA pB A E E B E E C E E D E E ==、、＜、、＞4、如图(1)是某一点电荷形成的电场中的一条电场线，A 、B 是电场线上的两点，一负电荷q 仅在电场力作用下以初速度v 0从A 运动到B 过程中的速度图线如图(2)所示，则以下说法中正确的是( )A 、A 、B 两点的电场强度是A B E E < B 、A 、B 两点的电势是A B ϕϕ>C 、负电荷q 在A 、B 两点的电势能大小是pA pB E <ED 、此电场一定是负电荷形成的电场5、如图所示，平行线代表电场线，但未标明方向，一个带正电、电荷量为10－6C 的粒子在电场中仅受电场力作用，当它从A 点运动到B 点时动能减少了10－5J.已知A 点的电势为－10 V ，则以下判断正确的是( ) A 、粒子的运动轨迹如图中的虚线1所示 B 、粒子的运动轨迹如图中的虚线2所示 C 、B 点电势为零 D 、B 点电势为－20 V6、如图所示，虚线a 、b 、c 表示电场中的三个等势面与纸平面的交线，且相邻等势面之间的电势差相等.实线为一带正电粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，M 、N 是这条轨迹上的两点，则下面说法中正确的是（ ）A 、三个等势面中，a 的电势最高B 、对于M 、N 两点，带电粒子通过M 点时电势能较大C 、对于M 、N 两点，带电粒子通过M 点时动能较大D 、带电粒子由M 运动到N 时，加速度增大7、如图所示的同心圆(虚线)是电场中的一簇等势线，一个电子只在电场力作用下沿着直线由A 向C 运动时的速度越来越小，B 为线段AC 的中点，则有( ) A 、电子沿AC 运动时受到的电场力越来越小 B 、电子沿AC 运动时它具有的电势能越来越大 C 、电势A B C ϕϕϕ>> D 、电势差AB BC U U ＝8、如图所示，实线为一匀强电场的电场线，一个带电粒子射入电场后，留下一条从a 到b 虚线所示的径迹，重力不计.下列判断正确的是（ ） A 、b 点电势高于a 点电势B 、粒子在a 点的动能大于在b 点的动能C 、粒子在a 点的电势能小于在b 点的电势能D 、场强方向向左9、如图，三个等势面上有a 、b 、c 、d 四点，若将一正电荷由c 经a 移到d 点，电场力做正功W 1；若由c经b 移到d 点，电场力做正功W 2，则W 1与W 2，c 、d 两点电势c ϕ、d ϕ关系为（ ） A 、12W W ＞，c d ϕϕ> B 、12W W ＜，c d ϕϕ<C 、12W W ＝，c d ϕϕ< D 、12W W ＝，c d ϕϕ>10、如图所示，平行直线表示电场线，但未标方向，带电为0―21C +的微粒在电场中只受电场力作用，由A 点移到B 点，动能损失0.1 J.若A 点电势为―10 V ，则下列判断正确的是（ ）①B 点的电势为10 V ②电场线方向从右向左③微粒的运动轨迹可能是轨迹1 ④微粒的运动轨迹可能是轨迹2A 、①③B 、②④C 、②③D 、①④二、解答题：1、在竖直平面内有水平向右，场强为4E 110N /C =⨯的匀强电场.在匀强电场中有一根长L=2m 的绝缘细线，一端固定在O 点，另一端系一质量为0.04kg 的带电小球，它静止时悬线与竖直方向成37°角，如图所示，若小球恰能绕O 点在竖直平面内做圆周运动，试求： （1）小球的带电量Q ； （2）小球动能的最小值； （3）小球机械能的最小值.（取小球在静止时的位置为电势能零点和重力势能零点，cos37°＝0.8，g=10m/s 2）2、如图所示，匀强电场中，A 、B 、C 三点构成一个直角三角形，把电荷量q=－2×10－10 C 的点电荷由A 点移动到B 点，电场力做功4.8×10－8 J ，再由B 点移到C 点电荷克服电场力做功4.8×10－8 J ，取B 点的电势为零，求A 、C 两点的电势及场强的方向.3、如图所示，在竖直平面内，光滑绝缘直杆与半径为R 的圆周交于B 、C 两点，在圆心处有一固定的正点电荷，B 点为AC 的中点，C 点位于圆周的最低点.现有一质量为m 、电荷量为－q 、套在杆上的带负电小球（可视为质点）从A 点由静止开始沿杆下滑.已知重力加速度为g ，A 点距过C 点的水平面的竖直高度为3R ，小球滑到B 点时的速度大小为2gR .求：（1）小球滑至C 点时的速度的大小； （2）A 、B 两点间的电势差；（3）若以C 点作为参考点（零电势点），试确定A 点的电势.【答案与解析】 一、选择题：1、D解析：场强和电势在数值上没有必然的联系，所以AB 选项错误；场强的方向一定是电势降低的方向，反之则不成立，C 选项错误；故只有D 选项正确. 2、AB解析：由电场力的计算公式()ab a b W q ϕϕ=-及ab pa pb W E E =-知，选项A 、B 正确，CD 错误.3、AD解析：电荷在静电场中做匀加速运动，必受恒力作用，必是在匀强电场中运动，故A 正确；由能量守恒，动能大的地方电荷的电势能小，所以PA PB E E ＞，选项D 正确. 4、ABD解析：由v t －图知，负电荷q 做加速度增大的减速运动，故所受电场力变大，电场强度变大，B A E E >，A 对，又因电场力的方向在(1)图中向左，故电场线的方向为A →B ，则A B ϕϕ>，B 正确．又p E q ϕ＝，对负电荷q ，pA pB E <E ，C 错，根据电场线的方向和电场强度的特点知，此电场一定是负电荷形成的电场，D 对.5、AC解析：根据题意分析得：粒子只受到电场力，当它从A 点运动到B 点时动能减少了，说明它从A 点运动到B 点电场力做了负功，所以偏转的情况应该如轨迹1所示，因而选项B 错误；根据电场力做功W qU ＝，电势差W 10 V ABAB A B U qϕϕ＝＝－＝－，得0B ϕ＝，故C 正确.所以选A 、C. 6、CD解析：由于带电粒子做曲线运动，所受电场力方向必定指向轨道的凹侧，且和等势面垂直，所以，由电场线的方指向电势降低的方向，故c b a ϕϕϕ>>，选项A 错.带正电粒子若从N 点运动到M 点，场强方向与运动方向成锐角，电场力做正功，即电势能减少；若从M 点运动到N 点，场强方向与运动方向成钝角，电场力做负功，电势能增加，故选项B 错.根据能量守恒定律，电荷的动能和电势能之和不变，故粒子在M 点的动能较大，选项C 正确.由于相邻等势面之间电势差相等，因N 点等势面较密，则N M E E ＞，即N M qE qE ＞.由牛顿第二定律知，带电粒子从M 点运动到N 点时，加速度增大，选项D 正确. 7、BC解析：由题给的等势线为同心圆可知场源为位于圆心处的点电荷，越靠近点电荷，电场强度越大，所以电子沿AC 运动时受到的电场力越来越大，选项A 错；由电子只在电场力作用下由A 向C 运动时速度越来越小，可知电场力做负功，电子势能越来越大，选项B 正确；电子所受电场力方向沿CA 方向，即电场方向沿AC 方向，场源点电荷为负电荷，电势A 点最高，C 点最低，选项C 正确；由A 到C 电场强度增加，因为B 为AC 中点．所以U AB <U BC ，故D 错. 8、BC解析：如图，假设粒子从a→b ，则由曲线运动的特点，粒子速度方向和受力方向可确定.由于粒子电性未知，不能确定场强方向，也不能判断电势高低.由于电场力F 做负功，故动能减小.假设粒子从b→a ，可得出同样结论.9、D解析：01cd c a d W qU →→=：＞，因为q ＞0，所以0cd U ＞，即c d ϕϕ>.2cd c b d W qU →→=：，所以12W W =，故D 正确. 10、C解析：正电荷只在电场力作用下从A 运动到B ，动能损失0.1 J ，则电势能增加0.1 J ，A B ϕϕ<，且电场力做功为W AB =－0.1 J ，所以20.1V 10V 10AB AB A B W U q ϕϕ--=-===-，由于10V A ϕ=-，所以0B ϕ=，①错.由于正电荷从A 向B 运动时电场力做负功，所以，正电荷所受电场力方向为沿电场线向左，则电场线的方向为从右向左，②对.由于微粒只受电场力作用做曲线运动，则电场力一定指向它运动轨迹的内侧，所以，它的运动轨迹应为1，而不是2，故③对，④错.应选C.二、解答题：1、(1) 5310Q C =⨯－(2) 2min 10.52K B E mv J ==(3)1.54J 解析：（1）因为0tan 37EQ mg =，所以得到：0tan 37mg Q E=，代入数据得：5310Q C =⨯－.（2）由于重力和电场力都是恒力，所以它们的合力也是恒力.在圆上各点中，小球在平衡位置A 点时的势能（重力势能和电势能之和）最小，在平衡位置的对称点B 点，小球的势能最大，由于小球总能量不变，所以在B 点的动能最小，在B 点，小球受到的重力和电场力，其合力作为小球做圆周运动的向心力，而绳的拉力恰为零，有：22B 010.5,,0.5cos372K B mv mg F N F E mv J L =====合而所以 （3）由于总能量保持不变，即E k +E PG +E PE =恒量.所以当小球在圆上最左侧的C 点时，电势能E PE 最大，机械能最小.由B 运动到A ，002sin372KA KB W qEL J E E +==-合力＝2m gLcos 37，又KB E J ＝0.5，总能量.KA E E =25J =，由C 运动到A ，电场力做功··0.E E W F L 1sin3796J +︒＝（）＝，即电势能减少0.96J ，所以C 点的机械能为.0..25J 96J 154J -＝. 2、240V A C ϕϕ==-，电场方向垂直于AC ，指向左下方 解析：把电荷从A 点移到B 点，由ABAB W U q=得： 8104.810V 240V 210ABU --⨯==--⨯， 240V A B A ϕϕϕ-==-把电荷从B 点移到C 点，8104.810V 240V 210BC BCW U q ---⨯===-⨯ 240V B C C ϕϕϕ-=-=，则240V C ϕ=-因为A C ϕϕ=，即A 、C 在同一等势面上，根据场强与等势面垂直且由高电势处指向低电势处，可得该电场的场强方向垂直于AC ，指向左上方.3、（1）7C v gR （2）B /(2)A U mgR q =- （3）/(2)A mgR q ϕ=-解析：（1）因为B 、C 两点电势相等，故小球从B 到C 的过程中电场力做的总功为零.由几何关系可得BC 的竖直高度BC h 3R /2=根据动能定理有 223/2/2/2C B mg R mv mv ⨯=-解得C v （2）小球从A 到B ，重力和电场力均做正功，所以由动能定理有2B B 1.5/2A mg R qU mv ⨯-=解得 B /(2)A U mgR q =-（3）B 、C 在同一等势面上，B =A C ϕϕϕ<、0C ϕ=，所以/(2)A AC AB U U mgR q ϕ===-.。
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[解析]
(1)点电荷所受电场力的大小为 F＝qE
(2)在此过程中电场力做的功 1 WAB＝FLcos 60° ＝2qEL (3)A、B 两点间的电势差 WAB 1 UAB＝ q ＝2EL 沿电场线方向，电势逐渐降低，所以 A 点电势 高
A、C两点的电势能各为多少？
解（1）电荷由A移向B克服电场力做功即电场力做负功，WAB＝－6×10－4 J.
－4 WAB －6×10 UAB＝ q ＝ V＝200 V. －3×10－6
9×10－4 WBC V＝－300 V. 电荷由B移到C电场力做正功， UBC＝ q ＝ －3×10－6
故UCA＝UCB＋UBA＝100 V (2)若φB＝0，由UAB＝φA－φB，得φA＝UAB＋φB＝200 V. 由UBC＝φB－φC得 φC＝φB－UBC＝0－(－300) V＝300 V. 电荷在A点的电势能 EpA＝qφA＝－3×10－6×200 J＝－6×10－4 J 电荷在C点的电势能 EpC＝qφC＝－3×10－6×300 J＝－9×10－4 J.
例5.如图所示,光滑绝缘的细杆竖直放置,它与以正电荷Q为圆心的 某圆交于B、C两点,质量为m、带电荷量为-q的有孔小球从杆上A 点无初速度下滑,已知q≪Q,AB=h,小球滑到B点时的速度大小为
3gh , 其中g为重力加速度,求:
(1)小球由A到B的过程中静电力做的功; (2)A、C两点间的电势差.
C、A间的电势差为
UCA＝φC－φA＝(－2－10) V＝－12 V.
例 3 、电场中有 A 、 B 两点，一个点电荷在 A 点的电势能为
1.2×10－8 J，在B点的电势能为8.0×10－9 J.已知A、B两点
在同一条电场线上，如图所示，该点电荷的电荷量为 1.0×10－9 C，那么( A.该电荷为负电荷 ) B.该电荷为正电荷
第一章
静电场
一、电势差（U）
1．电场中两点间的电势的差值叫做 电势差 ，也叫 电压． 它与电势零点的选取 无关 ． 2．电场中A点电势记为φA，B点的电势记为φB，则A、B 间的电势差表示成 UAB＝φA－φB，UBA＝φB－φA，UAB＝－UBA 3.电势差是标量，但有正负 UAB>0 φA>φB UAB<0 φA<φB
例2 如图1所示，某电场的等势面用实线表示，各等势面的
12 V， 电势分别为10 V、6 V和－2 V，则UAB＝_____ 0 ，UBC＝_____ －12 V UCA＝_________.
解析 由电势差的基本面上，故有φA＝φB＝10 V，φC＝－2 V， 所以UAB＝φA－φB＝(10－10)V＝0. B、C间的电势差为 UBC＝φB－φC＝[10－(－2)] V＝12 V.
C.A、B两点的电势差UAB＝4.0 V D.把电荷从A移到B，电场力做功为W＝4.0 J
解析
点电荷在A点的电势能大于在 B点的电势能，从A到B电场力做正功
，所以该电荷一定为负电荷，且WAB＝EpA－EpB＝1.2×10－8 J－8.0×10－9 J
＝4.0×10－9 J，故A项正确，B、D项错误；
[答案] (1) mgh
(2)-
[解析] (1)因为杆是光滑的,所以小球从 A 到 B 的过程中只有两个力做功,即静 电力做的功 WAB 和重力做的功 mgh,由动能定理得 WAB+mgh= m 代入已知条件 vB= 得 WAB= m· 3gh-mgh= mgh.
(2)因为 B、C 在同一等势面上,所以 φB=φC,即 UAC=UAB= =- .
－9 4.0 × 10 WAB UAB＝ q ＝ －9 V＝－4.0 V，所以 C 选项错误. －1.0×10
例4.有一电荷量为q＝－3×10－6 C的点电荷，从电场中的A点
移到B点时，克服电场力做功6×10－4 J.从B点移到C点电场力 做功9×10－4 J. (1)AB、BC、CA间电势差各为多少？ (2)如以B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少？电荷在
4. 单位：V(伏)．
二、电势差与静电力做功的关系 WAB＝EPA－EPB＝qφA－qφB＝q(φA－φB) 即WAB＝qUAB或UAB＝ 电势差与静电力做功的关系的理解
电势差与静电力做功的关系的理解
例1 下列说法正确的是( BD ) A.电场中两点间的电势差大小与零电势点的选取有关 B.UAB和UBA是不同的，它们有关系：UAB＝－UBA C.φA、φB都有正负，所以电势是矢量 D.若φB＝0，则φA＝UAB