第十二章 电场 总结超全的 物理选修3-1.docx

第一章电场单元知识构建：电场力的性质电场强度E=F/q矢量匀强电场E=U/d真空点电荷有电场E=KQ/r2电场线带电粒子在电场中：（1）平衡（2）直线运动（3）曲线运动电场力F=Eq（任何电场）F=Kq1q2/r2（真空中点电荷） 电场电荷电荷守恒定律电场能的性质电势差UAB=WAB/q=A-B电势A=A/q等势面电容器 电容 C=Q/U平行板电容器C=s/4kd静电感应、静电平衡、静电屏蔽电势能EA=qAEAB=QuAB=WAB电场力做功与路径无关第一单元电荷守恒电场力的性质基础知识体系电荷及电荷守恒定律自然界中只存在正负两种电荷，电荷在它的周围空间形成电场，电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。电荷的多少叫电量，基元电荷e1.61019C物体带电也叫起电。使物体带电的方法有三种：摩擦起电；接触带电；感应起电。电荷既不能创造，也不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体这一部分转移到另一个部分，这叫做电荷守恒定律。库仑定律（1） 内容：在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。（2）公式：F式中K9109Nm2/C2.（3）适用条件：真空；点电荷。（4）应用：电荷或带电体平衡问题：遵从力的平衡规律电场强度（1）电场的最基本性质之一，是对放入其中的电荷有电场力的作用。电场的这种性质用电场来描述，在电场中放入一个检验电荷q，它所受到的电场力F跟它所带电量的比值F/q叫做这个位置上的电场强度.定义式：EF/q.场强是矢量，规定正电荷受电场力的方向为该点场强的方向，那么负电荷受电场力的的方向与该点场强的方向相反。（2）电场线：为了直观形象地描述电场中各点的强弱及方向，在电场中画出一系列曲线，曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向，曲线的疏密表示电场的强弱。（3）电场线的特点：. 起始于正电荷（或无穷远），终止于负电荷（或无穷远）；. 任意两条电场线都不相交.几种典型电场的电场线分布：孤立正、负电荷；等量异种点电荷；等量同种点电荷；匀强电场.电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱，并不是带电粒子在电场中的运动轨迹。带电粒子在电场中的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度情况来决定.（4） 负电荷Q在真空中形成的电场是非均匀电场，场强的计算公式为Ek.（5） 匀强电场：场强的方向处处相同，场强大小处处相等的区域称为匀强电场，匀强电场中的电场线是等距的平行线。平行正对的两金属板带等量异种电荷后，在两板之间（边缘除外）就是匀强电场.要点导悟1 库仑定律的应用（1） 注意条件：真空中，点电荷.（2） 计算时表示电性的“、”号不代入，库仑力的方向由同种电荷相斥，异种电荷相吸判断.（3） 两带电体间的库仑力是一对作用力与反作用力.2 对电场强度的三个公式的理解（1）是电场强度的定义式，适用于使物体电场.电场中某点的场强是确定值，其大小和方向与检验电荷q无关.检验电荷q充当“测量工具”的作用.（2）是真空中点电荷所形成的电场的决定式.E由电源电荷Q和电源电荷到某点的距离r决定.（3）是场强与电势差的关系式，只适用于匀强电场，注意式中d为两点间沿电场方向的距离.3电场强度的叠加电场强度是矢量，当空间的电场是由几个点电荷共同激发的时候，空间某点的电场强度等于每个点电荷单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和.4带电粒子在电场中的平衡问题和非平衡问题这里说的“平衡”是指带电体的加速度为零，属“静力学”问题，只是带电体受的外力中包括电场力在内的所有外力。解题的一般思路为：明确研究对象.对研究对象进行受力分析，注意电场力的方向.根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解.第二单元电场的能的性质基础知识体系1电势差、电势、电势能、等势面的概念.（1）电势能：电荷在电场中某点的电势能，数值上等于将该电荷由此位置移到电势能为零的位置电场力所做的功（2） 电势：电场中某点的电势，等于该点与零电势点间的电势差，在数值上等于单位正电荷在该点具有的电势能 .（3）电势差：电荷在电场中两点移动时，电场力所做的功跟它的电量的比值，叫做这两点间的电势差。（UAB是标量）（2） 电势面：电场中电势在先的点构成的面，叫做等势面。2.电场强度与电势（1）电势反映电场能的性质，而电场强度反映电场力的性质。（2）电势是标量，具有相对性，而电场强度是矢量不具有相对性。两者叠加时运算法则不同。电势的正负有大小的含义，而电场强度的正、负表示方向，并不表示大小。（3） 电势与电场强度的大小没有必然的联系，某点的电势为零，电场强度可不为零，反之亦然。（4） 一检验电荷在电场强度大处受到的电场力也大，但正电荷在电势大处，电势能才大，负电荷在电势大处电势能反而小。（5） 电势和电场强度都是由电场本身的因素决定的，与检验电荷无关。3等势面（1）等势面一定与电场线垂直，即跟场强的方向垂直。（2）在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。（3）电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。（4）任意两个等势面都不会相交。（5）等差等势面越密的地方电场强度越大，即等差等势面的分布疏密可以描述电场的强弱。4EU/d，d为沿场强方向电势差为U的两点间的距离。场强与电势差公式反映了电场强度与电势差之间的关系，由公式可知：电场强度的方向就是电势降低最快的方向。公式的应用只适用于匀强电场，且应用时注意d的含义是表示某两点沿电场线方向上的距离，或两点所在等势面之间的距离。由公式可得结论：在匀强电场中，两长度相等且相互平行的线段的端点间的电势差相等。对于非匀强电场，此公式可以用来定性分析某些问题。如在非匀强电场中，各相邻等势面的电势差为一定值时，那么E越大处，d越小，即等势面越密。要点导悟1注意电势与电势差的区别（1）.电势能具有相对性，即电荷在电场中某点势能和电势零点选取有关。通常情况以无穷远处或大地为电势能的零点。电势差的大小具有绝对性，与电势零点的选择无关，二者的关系为UABUAUB 。（2） 电势和电势差都是标量但有正负。其正负不表示方向。电势为正，表示该点的电势高于参考点的电势。电势差UAB大于零，表明A点的电势高于B点的电势。（注意：如果以无穷远处为电势零点，则正点电荷周围的电势均为正值，负电荷周围各点电势均为负值）（3） 电势沿着电场线方向降低。2注意电势能和电势的关系.（1） 电场中某点电势能大小，不仅与电势大小有关，而且和检验电荷的电量正负、大小有关。（qU）；而电场中某点电势的大小取决于源电荷和该点位置，与检验电荷无关。（U/q）。反映了电场本身的一种物理性质（2） 电势能的正负，不仅与电势正负有关，还与检验电荷的正负有关；而电势的正负是规定的，与检验电荷无关。（3） 电势越高，电势能不一定就越大。因为电势能大小不仅与电势高低有关，而且还与检验电荷电量有关。对于同一检验电荷，如果所带电量为正值，则电势越高，电势能越大；如果为同一负检验电荷，电势越低，电势能越大。54 掌握电场力做功与电势能改变的关系.a) 电势能增减的判定由电场力做功情况来定，电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加。b) 电势能增减的量值是由电场力做功的数值来确定。c) 因电场力做功与路径无关，在只有电场力、重力和弹力做功的情况下，机械能电势能在相互转化中总量保持不变。（4）在有其他力参与做功情况下，主要运用动能定理W总EK第三单元电容器、带电粒子在电场中的运动基础知识体系：1、电容、常见电容器种类（1）任何两个绝缘又互相靠近的导体组成电容器。它带电时，两导体一般总是带等量异号电荷。电容器所带的电量只指其中一个导体所带电量的值。电容器带上电量Q时，两导体间便有了电势差U。（2）电容是电容器的一个基本属性，表征电容器的容电的本领，定义为CQ/UQ /U。电容器做好后，它的电容值便客观地确定了，与电容器是否带电，带电多少都无关。已知电容器的电容值为C，电容器带的电量可由QCU算出。电容器（3）常见电容器有：纸质电容器，电解电容器，可变电容器，平行板电容器。电解电容器的连接时应注意其“”、“”极。（4）最简单的电容器是平行板电容器，它的电容计算式为C。调节板间介质的介电常数为，两板正对面积S、板间距离d都可改变它的电容值。带电平行板电容器两极间的电场可认为是匀强电场，E（5）静电计是可用来测量电势差的仪器，使用时将它的金属球与电容器一板相接，外壳与另一板相接，从指针俯角便可比较电容器两板间的电势差；指针偏角越大，电势差越大。2电粒子在电场中的运动（1）平衡电粒子在电场中的运动带电粒子所受合外力为零，轨迹为直线（2）加速带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到电场力的方向与运动方向在同一直线上，做加（减）速直线运动，粒子动能的变化量等于电势能的变化量。处理该类问题用到最多的是动能定理。 在匀强电场中：WqEd=qU= 在非匀强电场中：WqU=（3）偏转带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的初速度方向成900角的电场力作用而做匀变速曲线运动，可用类平抛运动的分析方法来处理；水平方向可分解为速度为v0的匀速直线运动，沿电场力方向为初速为零的匀加速直线运动。3理带电粒子在电场中运动的三个问题（1）是否考虑重力（1）基本粒子子：如电子、质子、粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力（但并不忽略质量）。（2） 带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。（2）考虑加速场时经一定电场（U1）加速后的带电粒子，垂直于场强方向射入确定的平行板偏转电场中，粒子对入射方向的偏距y，它只跟加在偏转电极上的电压U2有关，当偏转电压的大小、极性发生变化时，粒子的偏距也随之变化。如果偏转电压的变化周期甚大于粒子穿越电场的时间（T），则在粒子穿越电场的过程中，仍可当作匀强电场处理，因此，当偏转电压为正弦波或锯齿波时，连续射入的带电粒子将以入射方向为中心上下偏转，随时间而展开的波形与偏转电压波形相似。要点导悟1. 对电容器的电容的两个公式的理解（1） 公式：是电容的定义式，对任何电容器都适用。对一个确定的电容器，其电容已确定，不会随其带电量的改变而改变。（2） 公式是平行板电容器的决定式，只对平行板电容器适用。2平行板电容器的动态分析这类问题的关键在于弄清哪些是变量，哪些是不变量，在变量中哪是自变量，哪是因变量。同时注意理解平行板电容器演示实验中现象的实质。一般分两种基本情况（1）电容器的两板电势差U保持不变（与电源连接）（2）电容器的带电量Q保持不变（与电源断开）进行讨论的物理依据主要是三个： 平行板电容器的电容与极板距离d，正对面积S，介质介电常数间的关系C。 平行板电容器内部是匀强电场，E。 电容器所带电量QCU3带电粒子在电场中的偏转带电粒子在匀强电场中做类似平抛运动的时间一般不是直接已知量，偏转问题的讨论，即讨论运动时间t由公式t决定，