静电场恒定电流复习.doc

一、库伦定律与电荷守恒定律1库仑定律 （1）真空中的两个静止的点电荷之间的相互作用力与它们电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在他们的连线上。 （2）电荷之间的相互作用力称之为静电力或库伦力。 （3）当带电体的距离比他们的自身大小大得多以至于带电体的形状、大小、电荷的分布状况对它们之间的相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体可以看做带电的点，叫点电荷。类似于力学中的质点，也时一种理想化的模型。2电荷守恒定律电荷既不能创生，也不能消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到物体的另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变，这个结论叫电荷守恒定律。电荷守恒定律也常常表述为：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变的。二、电场的力的性质1电场强度 （1）定义：放入电场中的某一点的检验电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值，叫该点的电场强度。该电场强度是由场源电荷产生的。（2）公式： （3）方向：电场强度是矢量，规定某点电场强度的方向跟正电荷在该点所受静电力的方向相同。负电荷在电场中受的静电力的方向跟该点的电场强度的方向相反。2点电荷的电场（1）公式：（2）以点电荷为中心，r为半径做一球面，则球面上的个点的电场强度大小相等，E的方向沿着半径向里（负电荷）或向外（正电荷）3电场强度的叠加如果场源电荷不只是一个点电荷，则电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。4电场线（1）电场线是画在电场中的一条条的由方向的曲线，曲线上每点的切线方向，表示该点的电场强度的方向，电场线不是实际存在的线，而是为了描述电场而假想的线。（2）电场线的特点电场线从正电荷或从无限远处出发终止于无穷远或负电荷；电场线在电场中不相交；在同一电场里，电场线越密的地方场强越大；匀强电场的电场线是均匀的平行且等距离的线。三、电场的能的性质1电势能电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能。2电势（1）电势是表征电场性质的重要物理量，通过研究电荷在电场中的电势能与它的电荷量的比值得出。（2）公式： （与试探电荷无关）（3）电势与电场线的关系：电势顺线降低。（4）零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势点的选择无关，大地或无穷远处的电势默认为零。3等势面（1）定义：电场中电势相等的点构成的面。（2）特点：一是在同一等势面上的各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，电场力不做功二是电场线一定跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。4电场力做功（1）电场力做功与电荷电势能变化的关系：电场力对电荷做正功，电荷电势能减少；电场力对电荷做负功，电荷电势能增加。电势能增加或减少的数值等于电场力做功的数值。（2）电场力做功的特点：电荷在电场中任意两点间移动时，它的电势能的变化量势确定的，因而移动电荷做功的 值也势确定的，所以，电场力移动电荷所做的功与移动的路径无关，仅与始末位置的电势差由关，这与重力做功十分相似。四、电容器、电容1电容器任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成是一个电容器。（最简单的电容器是平行板电容器，金属板称为电容器的两个极板，绝缘物质称为电介质）2电容（1）定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值 表达式：（2）平行板电容器电容公式：五、带电粒子在电场中的运动1加速：2偏转：当带点粒子垂直进入匀强电场时，带电粒子做类平抛运动粒子在电场中的运动时间 粒子在y方向获得的速度粒子在y方向的位移粒子的偏转角：静电场、恒定电流复习一、静电场着重理解的内容1、场强（描述电场力学性质的物理量） 定义：1）大小：E=（定义式）2）方向：规定正电荷在该点受电场力的方向。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。电荷间的作用力叫做静电力，又叫做库仑力。2）公式：F=k式中k是比例恒量叫静电力恒量，k=9.0109Nm2/c2。F的单位是N，Q1，Q2的单位是c，r的单位是m。匀强电场，电场强度大小、方向处处都相同的电场，“匀强”是对空间而言，匀强电场可随时间发生变化，在匀强电场中其场强的大小与电势差的关系是E=，d为沿电场线的距离。2、电势和电势差U（描述电场能的性质的物理量）定义：a=，a=qa（定义式）与零电势的选取有关，一般选大地为电势零点。电势差 Uab=a-b=-Uba，Uab与零电势的选取无关。在真空中点电荷电势的决定式：a=k3、电容器和电容定义：c=平行板电容器电容的决定式：c=E=平行板电容器内电场强度取决于平行板上带电荷的面密度。4、三种模型点电荷的场（孤立点电荷、等量异种电荷、等量同种电荷）电荷的线度远小于研究的空间距离，将电荷可视为点电荷。电场线的特点：a、起始于正电荷，终止于负电荷，其密疏表示电场的强弱，切线方向表示电场方向。b、任意两条电场线不相交，不相切（若相交，在相交点有两个电场方向，与事实不符；若相切，在切点处非常密，电场无限强，事实不存在）c、沿电场线方向电势降低最快。等势面：电势相等的点所组成的面。a、 在等势面上移动电荷，电场力不做功b、 任意两个等势面不相交也不相切c、 电场线总是垂直于等势面，电场线密的区域等势面也密。5、电场的叠加原理：（与力、运动的独立性原理一致）场强的叠加：合场强等于分场强的矢量和。+电势的叠加：合电势等于分电势的代数和=1+2+n6、三个容易混淆的概念静电感应：是一种现象导体上电荷重新分布的现象。静电平衡：是一种状态，处于静电平衡状态下的导体具有如下特点：a、导体内部各处场强为零b、无论是净剩电荷或是感应电荷均分布在导体的“外”表面上，尖端密度大些。c、导体是一个等势体，表面是一个等势面，场强方向垂直于导体表面。静电屏蔽：是一种措施，使仪器或设备不要外界（其他）电场的干扰。7、三个方面的应用带电粒子（微粒）在电场中a、 受力平衡问题b、 被加速W=qU=Ekc、 被偏转（类平抛v0E）偏移距离y=at2=t2=y的取决因素分为：A、带电粒子的情况，B、电场的结构，C、带电粒子的初状态，D、电场的外界情况U我们以变化带电粒子的初状态为例分析y的情况。同一电场U、L d一定，带电粒子q、m一定，若不同粒子以相同的初速度垂直进入同一电场，则 y；若不同粒子以相同的动量大小垂直进入同一电场，则 yqm；若不同粒子以相同的动能垂直进入同一电场，则yq；若不同粒子以初速度为零经过相同的加速电场后垂直进入同一电场，y相同，与其他因素均无关。偏向角，tan=静电感应：电场中的导体问题屏蔽作用。静电防止和应用：由于各种原因使物体上的电荷积累。潮湿不易积累电荷，接地使电荷导走。1： 三块相同的金属平板A、B、D自上而下水平放置，间距分别为h和d，如图所示。A、B两板中心开孔，在A板的开孔上搁有一金属容器P，与A板接触良好，其内盛有导电液体，A板通过闭合的电键K与电动势为U0的电池的正极相连，B板与电池的负极相连并接地，容器P内的液体在底部小孔O处形成质量m，带电量为q的液滴后自由下落，穿过B板的开孔O落在D板上，其电荷被D板吸附，液体随即蒸发，接着容器底部又形成相同的液滴自由下落，如此继续，设整个装置放在真空中（1） 第1个液滴到达D板时的速度为多少？ （2） D板最终可达到多高的电势？（3） 设液滴的电量是A板所带电量的a倍（a=0.02），A板与B板构成的电容器的电容为C0=510-12F，U0=1000V，m=0.02g，h=d=5cm，试计算D板最终的电势值。（g=10m/s2）（4） 如果电键K不是始终闭合，而只是在第一个液滴形成前闭合一个，随即打开，其他条件与（3）相同，在这种情况下，D板最终可达到的电势值为多少？说明理由。解析：（1）A板与电源正极相连，液滴带正电。设第1个液滴到达D板时的速度为V，由动能定理。mV2=mg（h+d）+qU0V=（2）当液滴到达D板后，D板电势升高，液滴在AB间做加速运动，随D板的液滴数目不断增多，液滴到达D板速度为零时，D板电势达到了最大值，设D板最高为U动能定理可得：mg（h+d）+qU0-qu=0U=U0+（3）A板的电量为QA=C0U0q=aQA=aC0U0U=U0+=1000+=2.01105（V）（4）U至多等于A板电荷全部都到D板时，D板的电势值，由于h=d，B、D板间的电容也是C0，故U至多应为U0，问题是U能否达到U0。当D板电势为U时，A板电势为U0=U0-U，到达D板液滴的动能Ek=mg（h+d）+（qU0-qU）mg（h+d）-qUmg(h+d)-qmU0=mg(h+d)-aC0U02,其中qm=aC0U0是q的最大值,即第一个液滴的带电量,代入数据得:mg（h+d）- aC0U02=210-5-10-131060可见Ek0,液滴一直往下滴,直至A板上电量全部转移到D板。U=U0=1000V二、恒定电流着重理解的内容1、电流 电流强度（1）电荷的定向移动形成电流，规定正电荷定向移动的方向为电流的正方向。（2）电流强度的定义为：I=q/t，其中q为通过导体横截面的电量，t为电量q通过横截面所需时间。对于金属导体，若单位体积内的自由电子数为n，电子电量为e，电子定向移动速度为v，导体的横截面积为S，则该金属导体中的电流强度为I=neSv。2、欧姆定律（1）欧姆定律：I=U/R其中R为某导体的电阻值；U为加在该导体两端的电压值；I为通过该导体的电流的电流强度。（2）欧姆定律的适用条件为：金属及电解液导电，对气体导电不适用。在高中阶段，常见的电路按能量转化形式可分为纯电阻电路和非纯电阻电路，欧姆定律适用于纯电阻电路，而对于非纯电阻电路，欧姆定律就不适用了。（3）伏安特性曲线（IU图线）的斜率的倒数，表示电阻的阻值。3、电阻定律（1）电阻定律：R=L/S其中为导体的电阻率；L表示导体的长度；S导体的横截面积。（2）电阻率是反映导体导电性能好、差的物理量。电阻率越小，表示导体导电性越好。电阻率与导体的材料和温度有关。电阻率的单位是：m。（3）超导现象：当温度降低到一定温度时，某些材料的电阻突然减少到零的现象。4、电功 电功率（1）电功：W=UIt 单位：J电功率：P=UI 单位：W（2）对于任何电路，都可以用上述两个定义式来计算电功和电功率。只有对于纯电阻电路，才可根据欧姆定律进行改写。（3）额定功率：指用电器正常工作时的功率。此时，用电器两端的电压为额定电压，通过用电器的电流为额定电流。实际功率：指用电器在实际电压下的电功率。用电器的标称值，就是额定值。5、焦耳定律（1）焦耳定律：Q=I2Rt（2）焦耳定律适用于计算任何电路的电热。在纯电阻电路中，电流做功完全转化为电路中的焦耳热，即UIt=I2Rt；在非纯电阻电路中，电流做功，一部分电能转化为电路中的焦耳热，另一部分转化为其它形式的能，即UItI2Rt；6、串、并联电路（1）串联电路的基本特点：电流关系：通过各元件的电流都相等；电压关系：对于纯电阻电路，电压的分配与电阻成正比，且各电阻两端的电压之和等于总电压；对于非纯电阻电路，各元件两端的电压之和等于总电压。功率关系：对于纯电阻电路，功率的分配与电阻成正比，且各电阻的电功率之和等于总功率；对于非纯电阻电路，各元件的电功率之和等于总功率。（2）并联电路的基本特点：电压关系：各元件两端的电压都相等；电流关系：对于纯电阻电路，电流的分配与电阻成反比，且通过各电阻的电流之和等于总电流；对于非纯电阻电路，通过各元件的电流之和等于总电流。功率关系：对于纯电阻电路，功率的分配与电阻成反比，且各电阻的电功率之和等于总功率；对于非纯电阻电路，各元件的电功率之和等于总功率。7、闭合电路欧姆定律（1）闭合电路欧姆定律：I=E/(R+r)其中E为电源的电动势；R为电路的外电阻；r为电源的内阻。只适用于纯电阻电路。（2）路端电压：U=E-Ir=IR对于非纯电阻电路，如果通过电源的电流强度为I，E为电源的电功势，r为电源的内阻，则U=E-Ir仍然成立，但IE/(R+r)。（3）电源的外特性曲线如图所示。图线在U轴上的截距为电源的电功势；图线的斜率的绝对值为电源的内阻。8、伏安法测电阻（1）测量原理：由欧姆定律得R=U/I，测出U及I可得R。（2）电流表外接法：如图甲所示，由于电压表的分流，电流表测出的电流比R中的实际电流要大一些，所以R测R真。（3）电流表内接法：如图乙所示。由于电流表的分压，电压表测出的电压比R两端的实际电压要大一些，所以R测R真。（4）为减少测量误差，当R时，采用电流表外接法；当R时，采用电流表内接法。2：如图所示的电路中，R1为滑动变阻器，电阻的变化范围是050, R2=1，电源的电动势为6V，内阻为2，求滑动变阻器R1为何值时，（1）电流输出功率最大；（2）消耗在R1上的功率最大；（3）消耗在R2上的功率最大；说明：对于电源，有三种意义的电功率：（1）总电功率P总=P出+P内=EI。（2）输出功率P出=UI（3）电源内阻发热损耗的电功率P内=I2r 电源的效率则是=100%=100%=100%电源的输出功率最大时是否是效率最高呢？下面我们来讨论