高中物理靜電場知識點與例題精講總結

4/4靜電場第一講電場力的性質(zhì)電場強度與電場力的區(qū)別電場強度Ｅ電場力Ｆ區(qū)別①反映電場的力的性質(zhì)；②其大小僅由電場本身決定；③其方向僅由電場本身決定，規(guī)定其方向與正電荷在電場中的受力方向相同。①僅指電荷在電場中的受力；②其大小由放在電場中的電荷和電場共同決定；③正電荷受力方向與電場方向相同，負電荷受力方向與電場方向相反。聯(lián)系例１：如圖所示，在一個電場中的ａ、ｂ、ｃ、ｄ四個點分別引入試探電荷時，電荷所受的電場力Ｆ跟引入的電荷電量之間的函數(shù)關系，下列說法正確的是（）Ａ、這電場是勻強電場；Ｂ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ四點的電場強度大小關系是Ｅｄ＞Ｅｂ＞Ｅａ＞Ｅｃ；Ｃ、這四點的場強大小關系是Ｅｂ＞Ｅａ＞Ｅｃ＞Ｅｄ；Ｄ、無法比較Ｅ值大小。三、電場線電場線與運動軌跡電場線是為形象地描述電場而引入的假想曲線，規(guī)定電場線上每點的切線方向沿該點場強的方向，也是正電荷在該點受力產(chǎn)生加速度的方向（負電荷受力方向相反）。運動軌跡是帶電粒子在電場中實際通過的徑跡，每項跡上每點的切線方向淡粒子在該點的速度方向。在力學的學習中我們就已經(jīng)知道，物體運動速度的方向和它的加速度的方向是兩回事，不一定重合。因此，電場線與運動軌跡不能混為一談，不能認為電場線就是帶電粒子在電場中運動的軌跡。只有當電荷只受電場力，電場線是直線，且?guī)щ娏Ｗ映跛俣葹榱慊虺跛俣确较蛟谶@條直線上，運動軌跡才和電場線重合。２、電場線的疏密與場強的關系按照電場線畫法的規(guī)定，場強大處電場線密，場強小處電場線疏。因此根據(jù)電場線的疏密就可以比較場強的大小。例２：關于電場線的下列說法中正確的是（）Ａ、電場線上每一點的切線方向都跟電荷在該點的受力方向相同；Ｂ、沿電場線方向，電場強度越來越??；Ｃ、電場線越密的地方，同一試探電荷所受的電場力就越大；Ｄ、在電場中，順著電場線移動電荷，電荷受到的電場力大小恒定。例３：某靜電場中電場線如圖所示，帶電粒子在電場中僅受電場力作用，其運動軌跡如圖虛線所示由Ｍ運動到Ｎ，以下說法正確的是（）Ａ、粒子必定帶正電荷；Ｂ、粒子在Ｍ點的加速度大于它在Ｎ點加速度；Ｃ、粒子在Ｍ點的加速度小于它在Ｎ點加速度；Ｄ、粒子在Ｍ點的動能小于它在Ｎ點的動能。四、電場的疊加２、等量異種、等量同種點電荷的連線和中垂線上場強的變化規(guī)律。（１）等量異種點電荷的連線之間，中點場強最小；沿中垂線從中點到無限遠處，電場強度逐漸減??；等量同種點電荷的連線之間，中點場強最小，且一定等于零。因無限遠處場強為零，則沿中垂線從中點到無限遠處，電場強度先增大后減小，中間某位置必有最大值。（２）等量異種點電荷連線和中垂線上關于中瞇對稱處的場強相同；等量同種電荷連線和中垂線上關于中點對稱處的場強大小相等、方向相反。五、靜電感應靜電屏蔽１、靜電感應：把金屬導體放在外電場Ｅ中，由于導體內(nèi)的自由電子受電場力作用而定向運動，使導體的兩個端面出現(xiàn)等量的異種電荷，這種現(xiàn)象叫靜電感應。２、靜電平衡：發(fā)生靜電感應的導體兩端面感應出的等異種電荷形成一附加電場Ｅ’，當附加電場與外電場的合場強為零時（即Ｅ’的大小等于Ｅ的大小而方向相反），自由電子的定向移動停止，這時的導體處于靜電平衡狀態(tài)。３、處于靜電平衡狀態(tài)的導體具有以下特點（１）導體內(nèi)部的場強（Ｅ與Ｅ’的合場強）處處為零，Ｅ內(nèi)＝０；（２）整個導體是等勢體，導體的表面是待勢面；（３）導體外部電場線與導體表面垂直，表面場強不一定為零；（４）凈電荷只分布在導體外表面上，且與導體表面的曲率有關。４、靜電屏蔽由于靜電感應，可使金屬網(wǎng)罩或金屬殼內(nèi)的場強為零。遮擋住了外界電場對它們內(nèi)部的影響這種現(xiàn)象叫靜電屏蔽。例４：如圖所示，在水平放置的光滑金屬板中點的正上方，有帶正電的點電荷＋Ｑ，一表面絕緣帶正電的金屬小球Ｃ可視為質(zhì)點，且不影響原電場，自左向右以初速Ｖ０向右運動，則在運動過程中（）Ａ、小球先做減速后加速運動；Ｂ、小球做勻速直線運動；Ｃ、小球受到的電場力的沖量為零；Ｄ、小球受到的電場力對小球做功為零。第二講電場能的性質(zhì)一、電勢、電勢差１、電勢差（１）電荷ｑ在電場中由一點Ａ移到另一點Ｂ時，電場力所做的功ＷAB跟它的電荷量ｑ的比值，叫做Ａ、Ｂ兩點間的電勢差。電場中Ａ、Ｂ兩點間的電勢差在數(shù)值上等于單位正電荷從Ａ點移動到Ｂ點過程中電場力所做的功。即：。（２）電勢差是標量，有正負，無方向。Ａ、Ｂ間電勢差ＵAB＝；Ｂ、Ａ間電勢差ＵBA＝。顯然UAB＝－ＵBA。電勢差的值與零電勢的選取無關。在勻強電場中，Ｕ＝Ｅｄ（Ｕ為電場中某兩點間的電勢差，ｄ為這兩點在場強方向上的距離）。２、電勢（１）如果在電場中選取一個參考點（零電勢點），那么電場中某點跟參考點間的電勢差，就叫做該點的電勢。電場中某點的電勢在數(shù)值上等于單位正電荷由該點移動到參考點（零電勢點）時，電場力所做的功。（２）電勢是標量，有正負，無方向。談到電勢時，就必須注明參考點（零勢點）的選擇。參考點的位置可以任意選取，當電荷分布在有限區(qū)域時，常取無限遠處為參考點，而在實際上，常取地球為標準。一般來說，電勢參考點變了，某點的電勢數(shù)值也隨之改變，因此電勢具有相對性。同時，電勢是反映電場能的性質(zhì)的物理量，跟電場強度（反映電場的力的性質(zhì)）一樣，是由電場本身決定的，對確定的電場中的某確定點，一旦參考點選定以后，該點的電勢也就確定了。（３）沿著電場線的方向電勢越來越低，逆著電場線的方向，電勢越來越高。（４）電勢的值與零電勢的選取有關，通常取離電場無窮遠處電勢為零；實際應用中常取大地電勢為零。（５）當存在幾個“場源”時，某處合電場的電勢等于各“場源”的電場在此處的電勢的代數(shù)和。二、電勢能１、電荷在電場中具有的勢能叫做電勢能。嚴格地講，電勢能屬于電場和電荷組成的系統(tǒng)，習慣上稱作電荷的電勢能。電勢能是相對量，電勢能的值與參考點的選取有關。電勢為零的點，電勢能為零。電勢能是標量，有正負，無方向。三、電場力做功與電荷電勢能的變化電場力對電荷做正功時，電荷的電勢能減少；電場力對電荷做負功時，電荷的電勢能增加。電勢能增加或減少的數(shù)值等于電場力做功的數(shù)值。電荷在電場中任意兩點間移動時，它的電勢能的變化量是確定的，因而移動電荷做功的值也是確定的，所以，電場力移動電荷所做的功，與移動的路徑無關。這與重力做功十分相似。注意：不論是否有其它力做功，電場力做功總等于電勢能的變化。四、等勢面電場中電勢相等的面叫等勢面。它具有如下特點：等勢面一定跟電場線垂直；電場線總是從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面；任意兩等勢面都不會相交；電荷在同一待勢面上移動，電場力做的功為零；電場強度較大的地方，等差等勢面較密；（６）等勢面是人們虛擬出來形象描述電場的工具，不是客觀存在的。五、等勢面與電場線的關系電場線總是與等勢面垂直，且總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。若任意相鄰等勢面間電勢差都相等，則等勢面密處場強大，等勢面疏處場強小。沿等到勢均力敵面移動電荷，電場力不做功，沿電場線移動電荷，電場力一定做功。電場線和等勢面都是人們虛擬出來形象描述電場的工具。在電場中任意兩等勢面永不相交。六、電勢與電場強度的關系電勢反映電場能的特性，電場強度反映電場力的特性。電勢是標量，具有相對性，而電場強度是矢量，不具有相對性。兩者疊加時運算法則不同。電勢的正、負有大小的含義，而電場強度的正、負僅表示方向，并不表示大小。電勢與電場強度的大小沒有必然的聯(lián)系，某點的電勢為零，電場強度可不為零，反之亦然。同一試探電荷在電場強度大處，受到的電場力大，但正電荷在電勢高處，電勢能才大，而負電荷在電勢高處電勢能反而小。電勢和電場強度都由電場本身的因素決定的，與試探電荷無關。在勻強電場中有關系式Ｕ＝Ｅｄ。七、對公式的理解及應用公式反映了電場強度與電勢差之間的關系，由公式可知：電場強度的方向就是電勢降低最快的方向。公式的應用只適用于勻強電場，且應注意ｄ的含義是表示某兩點沿電場線方向上的距離。由公式可得結論：在勻強電場中，兩長度相等且相互平行的線段的端點間的電勢差相等。Ｕ＝ＥLcosα（α為線段與電場線的夾角，L為線段的長度）；對于非勻強電場，此公式可以用來定性分析某些問題，如在非勻強電場中，各相鄰等勢面的電勢差為一定值時，那么有E越大處，d越小，即等勢面越密。重難點突破一、判斷電勢高低1、利用電場線方向來判斷，沿電場線方向電勢逐漸降低。若選擇無限遠處電勢為零，則正電荷形成的電場中，空間各點的電勢皆大于零；負電荷形成的電場中空間各點電勢皆小于零。2、利用來判斷，將WAB、q的正負代入計算，若UAB＞0則＞，若UAB＜0則＜。例1：如圖所示，虛線方框內(nèi)為一勻強電場，A、B、C為該電場中的三個點，已知UA＝12V，UB＝６Ｖ，ＵC＝－６Ｖ，試在該方框中作出該電場的示意圖（即畫出幾條電場線），并要求保留作圖時所用的輔助線（用虛線表示）。若將一個電子從Ａ點移到Ｂ點，電場力做多少電子伏的功？二、電場力做功的計算１、由公式Ｗ＝ＦＳcosθ計算，但在中學階段，限地數(shù)學基礎，要求式中Ｆ為恒力才行，所以，這種方法有局限性，此公式只適合于勻強電場中，可變形為Ｗ＝ｑＥｄ，式中ｄ為電荷初末位置在電場方向上的位移。２、由電場力做功與電勢能改變關系計算，Ｗ＝－Δε，對任何電場都適用。３、用ＷAB＝ｑＵAB來計算。一般又有兩種處理方法：（１）帶正、負號運算：按照符號規(guī)則把所移動的電荷的電荷量ｑ和移動過程的始、終兩點的電勢差ＵAB的值代入公式ＷAB＝ｑＵAB進行教育處，根據(jù)計算所得W值的正、負來判斷是電場力做功還是克服電場力做功。其符號規(guī)則是：所移動的電荷若為正電荷