人教版選修3-1第一章：靜電場——簡明實用筆記(知識要點)

1、第八章靜電場一、庫侖定律1,電荷：自然界中只存在兩種電荷正電荷一一絲玻正同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引YrJ負電荷毛橡負12 .電荷量：電荷量是指物體所帶電荷的多少.單位是庫侖,字母為"C'.3 .元電荷：電子所帶電荷量e=1.6m10-19C,所有帶電體的電荷量都是e的整數倍,電荷量e稱為元電荷.電子的比荷：電子的電荷量e與電子質量m的比叫電子的比荷e/m=1.76x10116/kg4 .點電荷：點電荷是一種理想化的模型視為點電荷的條件：當帶電體的尺寸比它們之間的距離小得很多,以致帶電體的大小、形狀對相互作用力影響不大時,這樣的帶電體就可以看做點電荷.5 .物體帶電方法

2、：(1)摩擦起電；(2)感應起電；接觸起電.-6、物體帶電的實質：物體帶電的實質是物體得到或失去電子.7 .電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造,也不能消滅,只能從一個物體轉移到另一個物體,或者從物體的一局部轉移到另一局部,在轉移過程中電荷總量保持不變.幫個點電行問的驅離FTU時,不靛用也珞A電假設*也就不弄昆福芹心定荷,七制之河的齊心力也不猴共8 .庫侖定律：(1)適用條件：真空中,靜止點電荷(2)公式：F=kQQ2靜電力常量k=9.0X109N-m/C2r說明：1.不管兩個帶電體的電量是否相等它們間的作用力一定大小相等、方向相反均勻帶電的圓球、圓板、圓環(huán),等效為電荷都集中在球心、圓心.微觀粒子(如

3、電子、質子)間的萬有引力比它們之間的庫侖力小得多,萬有引力通常忽略不計,電荷在電場中受力分析時,一般情況下物體的重力不計.2 .應用方法：在要求不很精確時,空氣可近似當作真空來處理.計算庫侖力大小可將電荷量的絕對值代入公式,方向根據電性來判斷3 .三個自由點電荷的平衡問題(1)條件：每個點電荷受到的兩個庫侖力必須大小相等,方向相反.(2) 規(guī)律：“三點共線一一三個點電荷分布在同一條直線上；“兩同火異一一正負電荷相互間隔；“兩大夾小一一中間電荷的電荷量最??；4.電量分配:“近小遠大一一中間電荷靠近電荷量較小的電荷.“相同金屬小球可知：兩金屬球接觸后電荷平分或先中和再平分;、電場力的性質(1)電場

4、：帶電體周圍存在的一種物質,是電荷間相互作用的媒體.它是一種看不見的客觀存在的物質.它具有力的特性和能的特性.(2)電場最根本的性質：對放入電場中的電荷有電場力的作用.場費的定義(3)電場力：放入電場中的電荷受到電場的力的作用,此力叫電場力.(而#決定式,不靛記E與F二g正代、與q片反吐曲2.電場強度E描述電場力的性質的物理量_j芍小吉決(1)定義：放入電場中某點的電荷所受電場力與此電荷所帶電荷量的比值,叫電場強度.(2)定義式：E=F/q.(3)物質性：電場是電荷周圍客觀存在的物質,電荷之間的相互作用力通過電場而發(fā)生.(4)客觀性：場強是描述電場力的性質的物理量,只由電場本身決定.電場中某點

5、的場強與檢驗電荷的電性和電量q無關,與檢驗電荷所受的電場力F無關,即使無檢驗電荷存在,該點的場強依然是原有的值.(5)矢量性：電場中某點的電場強度方向規(guī)定為正電荷在該點所受電'場力的方向.與放在該點的負電荷受的電場力的方向相反.電場強度疊加：當空間有幾個點電荷同時存在時,它們的電場就互相疊加,形成合電場,這時某點的電場強度就是各個點電荷單獨存在時在該點產生的電場強度的矢量和.電場強度是矢量,合成遵守平行四邊形定那么,只有同時作用在同一區(qū)域的電場才能疊加.電場中某點處的電場強度E是唯一的,它的大小和方向與放入該點的點電荷q無關,它決定于形成電場的電荷(源電荷)及空間位置(6)場強大小判斷

6、：a.根據電場力判斷：E=F/qb.根據電場線判斷：只與電場線疏密有關,與電場線方向無關.電場戲c.根據勻強電場中電勢差判斷：E=U/d(7)電場強度的計算：E=F/q(定義式,適用于任何電場)E=k件(只適用于真空中點電荷產成的電場)rE=U/d(只適用于勻強電場)3.電場線一一電場的形象描繪定義：在電場中畫出一系列從正電荷出發(fā)到負電荷終止的曲線,使曲線上每一點的切線方向跟該點的場強方向一致,這些曲線就叫做電場線.性質：1電場線是為了形象地表示電場的方向和強弱引入的假想線,它不是電場中實際存在的線.電場線也不是電荷在電場中運動的軌跡.2電場線的疏密表示場強的大小,電場線越密的地方,具場強就越

7、大.3電場線上某點的切線方向即該點的場強方向,也是正電荷在該點受電場力的方向.4靜電場的電場線是不閉合的曲線,總是從正電荷或無窮遠處發(fā)出,終止于負電荷或無窮遠處.在沒有電荷的地方電場線不會中斷,也不會相交.5電場線不會相交.6沿電場線電勢降低7電場線與等勢面垂直,由高指向低8等差等勢面越密集E越大9勻強電場電場線及等勢面一一平行等間距幾種常見電場線的分布：注：一條直的電場線哪個圖中都有,場強的大小判定要看在哪個圖中哪個位置等量點電荷的電場線比擬：注：場強為零電勢不一定為零電勢為零場強不一定為零無窮遠為參考比較等量異種點電荷等量同種正點電荷來源：學科電場線分布圖p1連線中點O處的電場強度最小,指

8、向負電荷一方為零連線上的電場強度大小沿連線先變小,再變大沿連線先變小,再變大沿中垂線由O點向外電場強度大小O點最大,向外逐漸減小O點最小,向外先變大后變小關于O點對稱的點電場強度特點等大同向等大反向三、電場能的性質1 .電勢差Uab：(1)定義：電荷在電場中,由一點A移動到另一點B時,電場力所做的功與移動電荷電荷量的比值VWq,叫做A、B兩點間的電勢差,用UAb表示.(2)定義式:UAb=WAb/q.(3)電勢差是標量,但有正負,正負表示電勢的上下.2 .電勢?。好枋鲭妶瞿艿男再|的物理量(1)定義：電勢實質上是和標準位置的電勢差.即電場中某點的電勢,在數值上等于把單位正電荷從某點移到標準位置(

9、零電勢點)時電場力所做的功.(2)定義式：(|)A=Uk=W/q.(3)電勢是標量,但有正負,正負表示該點電勢比零電勢點高還是低.(4)電勢上下判斷：a.根據移動檢驗電荷做功判斷：移動正電荷電場力做正功(負功)時,電勢降落(升高)；移動負電荷電場力做正功(負功)時,電勢升高(降落).b.根據電場線判斷：沿著電場線方向,電勢越來越低,逆著電場線方向電勢越來越高.c.根據場源電荷判斷：離正電荷越近,電勢越高,離場源負電荷越近,電勢越低.d.根據電勢差判斷：uAB>0,那么A點電勢比B點高；Uab<0,那么A點電勢比B點低.3 .電勢能Ep：(1)定義：電荷在電場中某點的電勢能,等于靜電

10、力把它從該點移到零勢能位置時所做的功電荷在電場中具有的與電荷位置有關的能量叫電荷的電勢能.(2)靜電力做功與電勢能變化的關系：電場力對電荷做正功,電荷的電勢能減少,做功量等于電勢能的減少量；電場力對電荷做負功,電荷的電勢能增加,做功量等于電勢能的增加量,即W電=一&(類比于W=-AEp).(3)電勢能的相對性：電勢能是相對的,通常把電荷在離場源電荷無窮遠處的電勢能規(guī)定為零,或把電荷在地球外表的電勢能規(guī)定為零(4)電勢能是標量.望獨一一應用公式計亦時,、PW的島標一定里時應,即L產物兒,口,4 .電場力做功的計算：(1)應用公式W=qUAB計算(普遍適用)：正負號運算法：根據符號規(guī)約把電

11、量q和移動過程的始、終兩點的電勢差UAb的值代入公式Wb=qUAB.*求助強.5.77xlFWm,與水平面夾角%30、絕對值運算法：公式中的q和Ik都取絕對值代入計算,功的正負再另判斷：當正或負電荷從電勢較高的點移動到電勢較低的點時,是電場力做正功或電場力做負功當正或負電荷從電勢較低的點移動到電勢較高的點時,是電場力做負功或電場力做正功.W電+加上電=AEk由動能定理求解如果也場中兩點不沿電場強度方向,d應為兩點間的距商在電場強度方向的投影,WqElcos9適用于勻強電場W=qEdd為沿著電場線方向的距離WABAEp=Ep心EpB從能量角度求解會電荷g沿路徑用由A到爪沿會利用微元法由折線來逼近

12、曲久路徑力由乂到Jf到色搟古可得電荷沿任:&玷徑力由乂力做功均為前到亂推電力做功口勺場Mwl2帶電粒子在電場中做曲線運動時正負功的判斷粒子速度方向沿軌跡的切線方向,粒子合力方向一定沿電場線指向軌跡彎曲的凹側.電場力與速度方向間夾角小于90°,電場力做正功；夾角大于90°,電場力做負功5 .等勢面:1定義：電場中電勢相同的點構成的面叫做等勢面.2等勢面的特點：等勢面是為了形象描述電場中各點電勢上下分布而引入的假想圖,實際不存在.同一等勢面上各點間的電勢差為零,電荷在等勢面上移動時電場力不做功.電場線垂直于等勢面,并指向電勢降低最快的方向.等勢面不相交.電場強度較大的地

13、方,等差的等勢面較密.電場線的描繪：利用電場線和等勢面的垂直關系,先描繪出等勢面,再畫出電場線.6.勻強電場中場強和等勢面的關系：在勻強電場中,沿著場強方向的兩點間的電勢差等于電場強度跟這兩點間距離的乘積,即l=Ed,也可理解為：在勻強電場中,電場強度在數值上等于沿場強方向上單位長度的電勢降落,7、靜電平衡：(1)、處于靜電平衡狀態(tài)的導體,內部場強處處為零.(2)、處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是個等勢體,它的外表是個等勢面.8、幾種典型電場的等勢面途簌甲等量異號點電荷的電場乙等量同號點電荷的電場,即E=l/d.電頊等勢面一問,j-.«-u目bglo|Br,口1.(M.Hl口口(fe工r

14、'黑i士q2"CDx孤立帶電體的電場等量異種點電荷的等勢面電場連線的中垂面上的電勢為零等量同種正點電荷的等勢面電場連線上,中點電勢最低,電勢最高點電荷的電場等勢面以點電荷為球心的一簇球面勻強電場等勢囿垂直于電場線的一簇平面:吟必您?、-1、yr1r2rt1/J二*/在中垂線上,中點J;、中東品的電桿建處戕一個極機折帝電苻營的他對值.*對于結構琉定的電容器,電富C是不變的,電荷量Q與電勢總U成正比G*充電的過程將電場能儲存在電會放電的過程是揩描存在電容器中的電場能轉化為其他帶四、電容和電容器1.電容器、電容(1)電容器：兩個彼此絕緣又互相靠近的導體可構成一個電容器.它可以用來儲

15、存電荷.(2)電容：描述電容器容納電荷本領的物理量.(物理意義)定義：電容器所帶的電荷量Q(一個極板所帶電荷量的絕對值)與兩個極板間電勢差U的比值,叫做電容器的電容.定義式：c=Q=JQUAU.注：電容c由電容器本身的構造因素決定與電容器所帶電量Q和充電電壓U無關.單位：1F=1C6pF=1012pF幾種電容器(a)平行板電容器：平行板電容器的電容跟介電常數e成正比,跟正對面積S成正比,跟兩板間的距離d成反比,即c=£.帶電平行板電容器兩極板間的電場可認4二kd為是勻強電場,板間場強為E=U/d.(b)固定電容器、可變電容器、電解電容器.電解電容器接入電路時應注意其極性.(3)電容器

16、的充放電過程：充電過程：電荷量增大,電壓升高,場強增大,電勢能增大放電過程：電荷量減小,電壓降低,場強減小,電勢能減少(4)電容器的討論問題：三個公式：C=Qc=s-E=UU4二kdd兩個前提：與電源相連電壓不變與電源斷開Q不變一個二級結論：Q不變,E與板間距離無關靜電計是測量電勢差的儀器.指針偏轉角度越大,金屬外殼和上方金屬小球間的電勢差越大.一個特例：帶二級管的五、帶電粒子在電場中的運動1、帶電粒子在電場中運動時重力的處理(1)根本粒子：如電子、質子、a粒子、離子等,除有說明或明確的暗示以外,一般都不考慮重力(但并不忽略質量).(2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等,除有說明或有明確的

17、暗示以外,一般都不能忽略重力.2、帶電粒子在電場中的運動(1)平衡(靜止或勻速)：僅在電場力和重力作用下滿足qE=mg(2)加速：在任何電場中,假設只有電場力做功,由動能定理：W=E,LU有,w=qU=1mv2.V)可B2Vm,(3)偏轉：當不計重力的帶電粒子以一定初速垂直電場方向進入勻強電場時,粒子的運動為類平拋運動,其軌跡是拋物線.當帶電粒子的質量為項電量為q,兩平行金屬板板長為l,距離為d,板間電壓為U,當帶電粒子以初速V0平行于兩板進入電場時,兩板間的場強為Eq.在d垂直場強方向做勻速運動：Vx=Vo,穿越電場時間t='V0在電場方向做勻加速運動：2=空=四mmd離開電場時y方

18、向分速度vy=at=皿mdv02離開電場時y方向上的位移:y=-at2=lq-2離開電場時偏轉角8:tanB=-y"=-q-y22dmv0v0mdv0注：經同一電場加速后再經同一電場偏轉射出磁場的位置及方向與mq無關平拋的兩個結論也適用(4)圓周運動帶電粒子在點電荷形成的徑向輻射狀分布的靜電場中,可做勻速圓周運動.如氫原子核外電子的繞核運動.此時有kQq=me.rr示波器:(1)構造：示波器的核心部件是示波管,它由電子槍、偏轉電極、熒光屏組成.(2)示波管的根本工作原理：利用兩組正交的偏轉極板,可以限制電子打在熒光屏上的位置.示意圖如右：兩組偏轉電極分別限制電子在水平、豎直方向的偏轉

19、.一般在水平偏轉電極上加掃描電壓(從左向右周期性掃描),在豎直偏轉電極上加需要研究的信號.(3)示波器面板開關與旋鈕的作用：如圖2-1-1所示為J2459型示波器的面板.是輝度調節(jié)旋鈕,標以“符號,用來調節(jié)光示波管的示意圖點和圖像的亮度.順時針旋轉旋鈕時,亮度增加.是聚焦調節(jié)旋鈕,是輔助聚焦調節(jié)旋鈕這兩個旋鈕配合著使用,能使電子射線會聚,在熒光屏上產生一個小的亮斑,得到清楚的圖像.往下是電源開關和指示燈,用后蓋板上的電源插座接通電源后,把開關扳向開的位置,指示燈亮,經過一兩分鐘的預熱,示波器就可以使用了.熒光屏下邊第一行中,是豎直位移旋鈕,是水平位移旋鈕,分別用來調整圖像在豎直方向和水平方向的位置.它們中間的兩個旋鈕是“Y增益和