高三物理第一轮复习 电 场课件.ppt

电场 一 电荷守恒定律1 元电荷 电荷守恒定律 1 元电荷 e 1 60 10 19c 任何带电体的电荷量都为元电荷的整数倍 2 电荷守恒定律 电荷既不能创造 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另一部分 在转移的过程中 电荷的总量不变 3 正电荷 用丝绸摩擦过的玻璃棒 负电荷 用毛皮摩擦过的橡胶棒 三种起电方式 摩擦起电 接触起电 感应起电 点电荷 点电荷是一种理想化的模型 若带电体之间的距离比他们自身尺寸大得多 以致带电体的形状和大小对他们相互作用力的影响可以忽略不计 这样的带电体就可以看成点电荷 点电荷只具有相对意义 能看作点电荷的带电体的尺寸不一定很小 另外 对点电荷的电荷量一般不作限制二 库仑定律 内容 在真空中两个点电荷之间的作用力跟他们的电荷量的乘积成正比 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 公式 kq1q2 r2 叫做库仑力或静电力 可以是引力 也可以是斥力 叫做静电力恒量 两带电体之间的库仑力是一对作用力与反作用力 适用条件 真空 点电荷4 理解和应用库仑定律时应注意的问题 1 库仑力具有力的一切性质 相互作用的两个点电荷之间的作用力满足牛顿第三定律 在使用公式 kq1q2 r2时 可代入绝对值计算库仑力的大小 相互作用力的方向根据同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引来判断 当多个带电体同时存在时 任意两个带电体间的作用仍遵守库仑定律 跟没有其他带电体一样 任意带电体同时受到多个库仑力的作用 可利用力的合成的平行四边形定则求出其合力 在具体问题中 两均匀带电球体或带电球壳之间的库仑力可以将电荷看成集中在球心处产生的作用力 电荷守恒定律与库仑定律的综合题求解这类问题关键是抓住 等大的带电金属球接触后先中和 后平分 然后利用库仑定律求解 注意绝缘球带电是不能中和的 例1 有三个完全一样的金属小球a b c a带电量7q b带电量 q c不带电 将a b固定 相距r 然后让c球反复与a b球多次接触 最后移去c球 试问a b两球间的相互作用力变为原来的多少倍 a b间的相互作用力减为原来的4 7 三 电场 电场强度 电场线 电场 带电体周围存在的一种物质 真实存在的 是电荷间相互作用的介质 只要电荷存在 在其周围空间就存在电场 电场具有力的性质和能的性质 电场强度 定义 放入电场中某点的试探电荷所受的电场力跟它的电荷量的比值叫做该点的电场强度 定义式 什么电场都可用此式求强度 单位 n c 方向 规定放在电场中某点正电荷所受电场力的方向就是该点电场强度的方向 例2 两个相同的带电金属小球相距r时 相互作用力大小为f 将两球接触后分开 放回原处 相互作用力大小仍等于f 则两球原来所带电量和电性 a 可能是等量的同种电荷 b 可能是不等量的同种电荷 c 可能是不等量的异种电荷 d 不可能是异种电荷 例3 下列说法中正确的是 点电荷就是体积很小的带电体 据 可知 当 时 两个相同的球心相距 的金属球 带有等量同种电荷 时的库仑力 两个点电荷的电量不变 只是它们之间的距离成为原来的 则它们之间库仑力变为原来的 倍 ac 点电荷电场的场强 公式 式中 为场源电荷的电荷量 正点电荷的电场 场强沿离它而去的方向 负点电荷的电场 场强沿向它而来的方向 是定义式 适用于任何电场 只适用于真空中的点电荷的电场 电场强度与电场力的比较 场强的三种表达式的比较 场强叠加原理 当空间有几个点电荷同时存在时 他们的电场就互相叠加 形成合电场 这是某点的场强就等于各个电荷单独存在时在该点场强的矢量和 匀强电场 在电场的某一区域 若各点的场强大小和方向均相同 则这个区域的电场叫做匀强电场 电场线 电场线 是用于描述电场的假想曲线 不是真实存在 不是电荷的运动轨迹 电场线的性质 电场线越密的地方 电场强度越大 越稀的地方 电场强度越小 电场线上各点的切线方向与该点处场强方向相同 电场线从正电荷出发到负电荷终止 任两条电场线不相交 也不相切 沿电场线方向电势降低 电场线与等势面垂直 不能穿过处于静电平衡状态的导体 3 几种典型电场的电场线分布 正点电荷电场分布 由正电荷出发到无穷远处 负点电荷的电场 由无穷远处到负电荷终止 说明 点电荷产生的电场a 离点电荷越近 电场线越密 场强越大b 在点电荷形成的电场中 不存在场强相等的点c 若以点电荷为球心做一个球面 电场线处处与球面垂直 在此球面上场强大小处处相等 方向各不相同 等量异种点电荷形成的电场中的电场线分布情况 其特点有 a 两点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负电荷 沿电场线方向场强先变小再变大b 两点电荷连线的中垂面 中垂线 上 电场线方向均相同 即场强方向均相同 且总与中垂面 中垂线 垂直c 在中垂面 中垂线 上 与两点电荷连线的中点o等距离的各点场强相等 等量同种点电荷形成的电场中的电场线分布情况如图 其特点有a 两点电荷连线中点o处场强为零 此处无电场线b 两点电荷连线中点o附近的电场线非常稀疏 但场强并不为零c 从两点电荷连线中点o沿中垂面 中垂线 到无限远 电场线先变密后变疏 即场强先变大后变小 分析求解电场强度求电场强度的方法一般有 定义式法 点电荷场强公式法 匀强电场公式法 矢量叠加法例1 如图1所示 用长为l的金属丝弯成半径为r的圆弧 但在a b之间留有宽度为d的间隙 且d r 将电量为q的正电荷均匀分布于金属丝上 求圆心处的电场强度 例 如图 分别在 两点放置点电荷 和 在 的垂直平分线上有一点 且 试求 点的场强 如果有一个电子静止在 点 它所受的库仑力的大小和方向如何 方向与 点场强方向相反 例 如图2所示 均匀带电圆环所带电荷量为q 半径为r 圆心为o p为垂直于圆环平面的对称轴上的一点 op l 试求p点的场强 例 如图3所示 是匀强电场中的三点 并构成一等边三角形 每边长为 将一带电量q 2 10 6c的电荷从a点移到b点 电场力做功w1 1 2 10 5j 若将同一点电荷从a点移到c点 电场力做功w2 6 10 6j 试求匀强电场的电场强度e 根据给定一簇电场线和带电粒子的运动轨迹 分析推断带电粒子的性质 例1 图6中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线 虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹 a b是轨迹上的两点 若带电粒子在运动中只受电场力作用 根据此图可作出正确判断的是 a 带电粒子所带电荷的符号 b 带电粒子在a b两点的受力方向 c 带电粒子在a b两点的速度何处较大 d 带电粒子在a b两点的电势能何处较大 bcd 求解带电体在电场中的平衡问题 例1 如图8所示 在真空中同一条直线上的a b两点固定有电荷量分别为 4q和 q的点电荷 将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置 可以使它在电场力作用下保持静止 若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止 那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷 电荷量是多大 c在ab延长线上 且ab bcqc 4q q 例2 如图9所示 已知带电小球a b的电荷分别为qa qb oa ob 都用长l的丝线悬挂在o点 静止时a b相距为d 为使平衡时ab间距离减为d 2 可采用以下哪些方法 a 将小球a b的质量都增加到原来的2倍 b 将小球b的质量增加到原来的8倍 c 将小球a b的电荷量都减小到原来的一半 d 将小球a b的电荷量都减小到原来的一半 同时将小球b的质量增加到原来的2倍 bd 例3 如图10甲所示 两根长为l的丝线下端悬挂一质量为m 带电量分别为 q和 q的小球a和b 处于场强为e 方向水平向左的匀强电场之中 使长度也为l的连线ab拉紧 并使小球处于静止状态 求e的大小满足什么条件才能实现上述平衡状态 四 等势面 电势差 电势 电势能的概念1 等势面 1 定义 电场中电势相同的各点构成的面 2 特点 a 等势面一定与电场线垂直 即跟场强的方向垂直 b 在同一等势面上移动电荷时电场力不做功 c 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面 d 电场线越密的地方 等势面越密2 电场强度 电势及电势能的关系 1 电势与电势能比较 扩展结论 取无穷远处为零 则正电荷电势为正 负电荷电势为负 2 电场强度与电势比较 电场线 场强 电势 等势面的相互关系 1 电场线与场强的关系 电场线越密的地方表示场强越大 电场线上每一点的切线方向表示该点的场强方向 2 电场线与电势的关系 沿着电场线方向 电势越来越低 3 电场线与等势面的关系 电场线越密的地方等差等势面也越密 电场线与通过该处的等势面垂直 4 场强与电势无直接关系 场强大 或小 的地方电势不一定大 或小 零电势可由人为选取 而场强是否为零则由电场本身决定 5 场强与等势面的关系 场强方向与通过该处的等势面垂直且由高电势指向低电势 等差等势面越密的地方表示场强越大 电场力做功与电势能改变的关系不论正电荷还是负电荷 只要电场力对它作正功 电荷的电势能就减小 减小的电势能转化为其他形式的能 电场力对电荷作负功 电荷的电势能增加 必有其他形式的能转化为电势能 电场力做多少功 就有多少电势能和其他形式的能发生相互转化 电场力作功的计算 特点 电场力作功和电荷移动的具体路径无关 只和被移动电荷的电荷量及初末位置的电势差有关 计算 在电场中将电荷 由a点移到b点时 电场力对电荷q所作的功为wab quab q a b 3 计算电场力做功时 应将q uab的数值连同其正负号一起带入进行计算 若计算出w为正值 表示电场力做正功 若计算出w为负值 表示电场力做负功 5 电场中电势高低的判断方法 1 根据电场线的方向判断 电场线由高电势面指向低电势面 或沿电场线方向电势降落最快 2 由uab wab q将wab和q带符号带入 据uab的正负判断a b两电势的高低 当uab 0时 a b 当uab 0时 a b 3 根据电场力做功来判断 正电荷在电场力作用下移动时 电场力作正功 电荷由高电势处移向低电势处 对于负电荷 情况正好相反 4 根据电势能判断 正电荷在电势高处电势能较大 负电荷在电势低处电势能较大6 电荷具有电势能大小的判断方法 1 根据电场力做功和电势能改变的关系判断 当电场力做正功时 电荷具有的电势能减小 当电场力做负功时 电荷具有的电势能增加 2 根据电势能的定义式 q 来判断 3 根据移动电荷电性和场强方向判断 根据给出的一条电场线 分析推断电势和场强的变化情况 例1 如图4所示 a b c是一条电场线上的三个点 电场线的方向由a到c a b间距离等于b c间距离 用ua ub uc和ea eb ec分别表示a b c三点的电势和电场强度 可以判定 aua ub ucbua ub ub uccea eb ecdea eb ec a 例2 如图5所示 在a点由静止释放一个质量为m 电荷量为q的带电粒子 粒子到达b点时速度恰好为零 设ab所在的电场线竖直向下 a b间的高度差为h 则 a 带电粒子带负电 b a b两点间的电势差uab mgh q c b点场强大于a点场强 d a点场强大于b点场强 abc 根据给定电势的分布情况 求作电场线 例3 如图7所示 a b c为匀强电场中的3个点 已知这3点的电势分别为 a 10v b 2v c 6v 试在图上画出过b点的等势线和场强的方向 可用三角板画 分析与解 用直线连接a c两点 并将线段ac分作两等分 中点为d点 因为是匀强电场 故d点电势为2v 与b点电势相等 画出过b d两点的直线 就是过b点的电势线 因为电场线与等势线垂直 所以过b作bd的垂线就是一条电场线 会计算电场力的功 例1 一平行板电容器的电容为c 两板间的距离为d 上板带正电 电量为q 下板带负电 电量也为q 它们产生的电场在很远处的电势为零 两个带异号电荷的小球用一绝缘刚性杆相连 小球的电量都为q 杆长为l 且l d 现将它们从很远处移到电容器内两板之间 处于图11所示的静止状态 杆与板面垂直 在此过程中两个小球克服电场力所做总功的大小等于多少 设两球移动过程中极板上电荷分布情况不变 a 会用力学方法分析求解带电粒子的运动问题 例1 质量为2m 带2q正电荷的小球a 起初静止在光滑绝缘水平面上 当另一质量为m 带q负电荷的小球b以速度v0离a而去的同时 释放a球 如图12所示 若某时刻两球的电势能有最大值 求 1 此时两球速度各多大 2 与开始时相比 电势能最多增加多少 分析与解 1 两球距离最远时它们的电势能最大 而两球速度相等时距离最远 设此时速度为v 两球相互作用过程中总动量守恒 由动量守恒定律得 mv0 m 2m v 解得v v0 3 2 由于只有电场力做功 电势能和动能间可以相互转化 电势能与动能的总和保持不变 所以电势能增加最多为 例2 如图13所示 直角三角形的斜边倾角为30 底边bc长为2l 处在水平位置 斜边ac是光滑绝缘的 在底边中点o处放置一正电荷q 一个质量为m 电量为q的带负电的质点从斜面顶端a沿斜边滑下 滑到斜边上的垂足d时速度为v 1 在质点的运动中不发生变化的是 a 动能b 电势能与重力势能之和c 动能与重力势能之