物理选修3-1第一章静电场知识点总结.ppt

第一章静电场 静电场 是电学的基础知识 承前启后 也是历年高考的重点之一 需要我们在理解基本概念的基础上 掌握电荷守恒定律 库仑定律 场强叠加 匀强电场中电场强度与电势差的关系 带电粒子在电场中的运动等有关规律 学会运用电场线 等势面等几何方法形象地描述电场的分布 熟练将运动学和力学的规律应用到电场中 分析 解决带电粒子在电场中的运动问题 一 三种起电方式 1 摩擦起电 2 感应起电 实质 电子的转移 3 接触起电 二 电荷守恒定律 三 元电荷 最小的电荷量所有带电体的电荷量都是e的整数倍 e 1 60 10 19C 比荷 带电体的电荷量与质量之比 1 1电荷及其守恒定律 质子 e 电子 e 1 2库仑定律 1 内容 2 表达式 k叫静电力常量 3 适用范围 真空 空气中近似 静止点电荷 理想化模型 r 球心间距 4 说明 库仑力是矢量大小 代入q1q2的绝对值计算方向 同斥异吸 如图1 1 1所示 挂在绝缘细线下的小轻质通草球 由于电荷的相互作用而靠近或远离 所以 图1 1 1 例1 A 甲图中两球一定带异种电荷B 乙图中两球一定带同种电荷C 甲图中两球至少有一个带电D 乙图中两球只有一个带电 答案 BC 1 绝缘细线上端固定 下端悬挂一轻质小球a a的表面镀有铝膜 在a的近旁有一绝缘金属球b 开始时a b不带电 如图1 1 2所示 现使b球带电 则 图1 1 2 A a b之间不发生相互作用B b将吸引a 吸在一起不分开C b立即把a排斥开D b先吸引a 接触后又把a排斥开 解析 选D 如图1 1 3所示 将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球 两个导体球开始时互相接触且对地绝缘 下列方法中能使两球都带电的是 图1 1 3 例2 A 先把两球分开 再移走棒B 先移走棒 再把两球分开C 使棒与甲球瞬时接触 再移走棒D 先使乙球瞬时接地 再移走棒 答案 ACD 如图1 1 4所示 有一带正电的验电器 当一金属球A靠近验电器的小球B 不接触 时 验电器的金箔张角减小 则 例3 图1 1 4 A 金属球可能不带电B 金属球可能带负电C 金属球可能带正电D 金属球一定带负电 答案 AB 3 2010年武汉市调研测试 如图1 1 5所示 用起电机使金属球A带上正电 靠近验电器B 则 图1 1 5 A 验电器金箔不张开 因为球A没有和B接触B 验电器金箔张开 因为整个验电器都带上了正电C 验电器金箔张开 因为整个验电器都带上了负电D 验电器金箔张开 因为验电器下部箔片都带上了正电 解析 选D A球带正电 靠近验电器B时 发生静电感应 验电器的金属球带负电 金属箔片带正电而张开 有A B C三个完全相同的金属球 A带1 2 10 4C的正电荷 B C不带电 现用相互接触的方法使它们都带电 则A B C所带的电荷量可能是下面哪组数据 A 6 0 10 5C 4 0 10 5C 4 0 10 5CB 6 0 10 5C 4 0 10 5C 2 0 10 5CC 4 5 10 5C 4 5 10 5C 3 0 10 5CD 5 0 10 5C 5 0 10 5C 2 0 10 5C 例4 答案 C 1 3电场强度 一 电场 1 电场是客观存在的特殊物质 2 电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用 电场力 1 3电场强度 场强的定义式 适用任何电场 唯一性 电场中某点的场强是确定的 场强的决定式 适用真空中点电荷 二 电场强度 方向性 正试探电荷的受力方向 三 场强的叠加原理 遵循平行四边形定则 1 3电场强度 四 电场线 假想的线 1 起于正电荷 无穷远处 终于负电荷 无穷远处 2 不闭合 不相交 3 疏密表示场强大小 切线方向表示场强方向 若电场线是直线 电场线方向就是场强方向 五 匀强电场 1 定义 各点的场强大小和方向都相同 2 特点 电场线是间隔相等的平行线 内部为匀强电场 间隔相等的平行线 1 4电势能和电势 将电荷q从A沿任何路径移至B 静电力做功相同 E WAB qE AM 结论 静电力做功与路径无关 由初末位置来决定 电场力做功的过程是电势能转化的过程 1 定义 电荷在电场中具有的势能 3 相对性 大地或无穷远为电势能零点 2 静电力做的功等于电势能的减少量 Ep 标量 Ep A F A B F B 电场力对电荷做正功 电荷的电势能减小 电场力对电荷做负功 电荷的电势能增加 下列说法中正确的是 A 当两正点电荷相互靠近时 它们的电势能增大B 当两负点电荷相互靠近时 它们的电势能增大C 一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时 它们的电势能减小D 一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时 它们的电势能增大 ABC 一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时 电场力做了5 10 6J的功 则 A 电荷在B处时将具有5 10 6J的电势能B 电荷在B处将具有5 10 6J的动能C 电荷的电势能减少了5 10 6JD 电荷的动能增加了5 10 6J CD 3 如图所示 在等量正点电荷形成的电场中 它们连线的中垂面ab上 有一电子 从静止开始由a运动到b的过程中 a b相对o对称 下列说法正确的是 A 电子的电势能始终增多B 电子的电势能始终减少C 电子的电势能先减少后增加D 电子的电势能先增加后减少 C 4 一带电油滴在竖直方向的匀强电场中的运动轨迹如图虚线所示 电场方向竖直向下 若不计空气阻力 则此带电油滴从a运动到b的过程中 能量变化情况为 A 动能减小B 电势能增加C 动能和电势能之和减少D 重力势能和电势能之和增加 E a b C 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值 1 定义 2 公式 计算时要代入正负号 电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的 与放不放电荷及放什么电荷无关 3 标量 正负表大小 一般选无穷远或大地电势为零 4 沿电场线 场强 方向电势降低 5 如果把q 1 0 10 8C的电荷从无穷远处移至电场中的A点 需克服电场力做功W 1 2 10 4J 那么 q在A点的电势能和在A点的电势各是多少 q未移入电场前A点的电势是多少 6 如图所示 电场中有A B两点 则下列说法中正确的是 A 电势 A B场强EA EBB 电势 A B场强EAEpB BC 结论 正电荷沿电场线方向电势能减少 负电荷沿电场线方向电势能增加 2 几种常见的等势面 1 定义 电场中电势相同的各点构成的面 等势面的特点 5 沿电场线方向电势降低最快 1 同一等势面上各点电势相等 2 在同一等势面上移动电荷 电场力不做功 3 电场线跟等势面垂直 且由电势高的等势面指向电势低的等势面 4 不同等势面不相交 A C B 等差等势面 相邻的等势面间电势之差相等 6 等差等势面越密 场强越大 8 关于等势面 正确的说法是 A 电荷在等势面上移动时不受电场力作用 所以不做功B 等势面上各点的场强大小相等C 等势面一定跟电场线垂直D 两等势面不能相交 CD 1 5电势差 一 电势差与电势的关系 电势差 电场中两点的电势之差 也叫电压 则有 或者表示成 显然 二 静电力做功与电势差的关系 即 或 1 电势差UAB与q WAB无关 仅与电场中A B两位置有关 故电势差反映了电场本身的性质 2 电势差的单位 伏特 V 1V 1J C3 电势差是标量 三 说明 1 8电容器的电容 一 电容 2 定义式 1 物理意义 反映电容器容纳电荷本领大小的物理量 3 单位 法拉 F 常用 微法 F 皮法 pF 1 F 10 6F1pF 10 12F r 相对介电常数 k 9 0 109N m2 C2S 两极板的正对面积 d 极板间距 二 平行板电容器的电容 决定式 3 平行板电容器的动态分析 1 电容器与电源相连 U不变 2 电容器充电后与电源断开 Q不变 两种基本情况 三个依据 例4 两个较大的平行金属板A B相距为d 分别接在电压为U的电源正 负极上 这时质量为m 带电量为 q的油滴恰好静止在两极之间 如图所示 在其它条件不变的情况下 如果将两极非常缓慢地错开一些 那么在错开的过程中 A 油滴将向上加速运动 电流计中电流从b流向a B 油滴将向下加速运动 电流计中的电流从a流向b C 油滴静止不动 电流计中的电流从b流向a D 油滴静止不动 电流计中的电流从a流向b 解析 D正确 J2459学生示波器 阴极射线管结构示意图 电场中的带电粒子分类 1 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等 这些粒子所受重力和电场力相比小得多 一般重力可忽略 但并不能忽略质量 2 带电微粒 如带电小球 液滴 油滴 尘埃等 除有说明或暗示外 一般重力不可忽略 二 带电粒子在匀强电场中的偏转 类平抛运动 与粒子比荷q m成正比 与粒子初速度v0平方成反比 与电场的属性U l d有关 二 带电粒子在匀强电场中的偏转 与粒子比荷q m成正比 与粒子初速度v0平方成反比 与电场的属性U l d有关 类平抛运动 U1 U2 L 带电粒子的加速和偏转 类平抛运动 F 加速电场U1 偏转电场U2 v0 vy U1 U2 L 带电粒子的加速和偏转 偏转电场U2 加速电场U1 例4 一带电粒子从静止经加速电压U1的加速电场加速后进入板间距离为d 板间电势差为U2的偏转电场 当它飞出偏转电场时 偏转角为 要使偏转角 增大 则需要 A 使粒子的荷质比 q m 变大B 其它条件不变 只使U1变大C 其它条件不变 只使U2变大D 其它条件不变 只使d变大 解析 U1q mv02 tan vy v0 qU2 dm L v0 v0 qU2L mdv02 得tan U2L 2dU1 即偏转角与m与q无关 所以A错 B错 C对 D错 1 下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后 哪种粒子动能最大 哪种粒子速度最大 A 质子B 电子C 氘核D 氦核 例与练 与电量成正比 与比荷平方根成正比 2 如图所示 M N是在真空中竖直放置的两块平行金属板 质量为m 电量为 q的带电粒子 以极小的初速度由小孔进入电场 当M N间电压为U时 粒子到达N板的速度为v 如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v 则下述方法能满足要求的是 A 使M N间电压增加为2UB 使M N间电压增加为4UC 使M N间电压不变 距离减半D 使M N间电压不变 距离加倍 例与练 M N U d v与电压平方根成正比 3 如图M N是在真空中竖直放置的两块平行金属板 质量为m电量为 q的带电粒子 以初速度V0由小孔进入电场 当M N间电压为U时 粒子刚好能到达N板 如果要使这个带电粒子能够到达M N两板间距的1 2处返回 则下述方法能满足要求的是 A 使初速度减半B 使M N间电压加倍C 使M N间电压提高4倍D 使初速度和M N间电压都加倍 例与练 M N U d v0 4 如图所示的电场中有A B两点 A B的电势差UAB 100V 一个质量为m 2 0 10 12kg 电量为q 5 0 10 8C的带电粒子 以初速度v0 3 0 103m s由A点运动到B点 求粒子到达B点时的速率 不计粒子重力 例与练 q为负 6 质量为m 带电量为q的粒子以初速度v从中线垂直进入偏转电场 刚好离开电场 它在离开电场后偏转角正切为0 5 则下列说法中正确的是 A 如果偏转电场的电压为原来的一半 则粒子离开电场后的偏转角正切为0 25B 如果带电粒子的比荷为原来的一半 则粒子离开电场后的偏转角正切为0 25C 如果带电粒子的初速度为原来的2倍 则粒子离开电场后的偏转角正切为0 25D 如果带电粒子的初动能为原来的2倍 则粒子离开电场后的偏转角正切为0 25 例与练 偏转角正切与比荷成正比 偏转角正切与初动能成反比 偏转角正切与电压成正比 7 质子 质量为m 电量为e 和二价氦离子 质量为4m 电量为2e 以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中 离开电场后 它们的偏转角正切之比为 侧移之比为 例与练 与电量成正比 与电量成正比 8 三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场 如图所示 则由此可判断 A b和c同时飞离电场B 在b飞离电场的瞬间 a刚好打在下极板上C 进入电场时 c速度最大 a速度最小D c的动能增量最小 a和b的动能增量一样大 例与练 析与解 9 如图 电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速 然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中 入射方向跟极板平行 整个装置处在真空中 重力可忽略 在满足电子能射出平行板区的条件下 下述四种情况中 一定能使电子的偏转角 变大的是 A U1变大 U2变大B U1变小 U2变大C U1变大 U2变小D U1变小 U2变小 例与练 析与解 对加速过程由动能定理 对偏转过程由偏转角正切公式 与粒子的电量q 质量m无关 10 如图所示 二价氦离子和质子的混合体 经同一加速电场加速后 垂直射入同一偏转电场中 偏转后 打在同一荧光屏上 则它们 A 侧移相同B 偏转角相同C 到达屏上同一点D 到达屏上不同点 例与练 与粒子的电量q 质量m无关 11 试证明 带电粒子垂直进入偏转电场 离开电场时就好象是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的 例与练 x 12 如图所示 有一电子 电量为e 质量为m 经电压U0加速后 沿平行金属板A B中心线进入两板 A B板间距为d 长度为L A B板间电压为U 屏CD足够大 距离A B板右边缘2L AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直 试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离 例与练 析与解 电子离开电场 就好象从中点沿直线离开的 对加速过程由动能定理 13 质量为1 10 25kg 电量为1 10 16C的带电粒子以2 106m s速度从水平放置的平行金属