物理选修3-1第一章静电场知识点总结07712.ppt

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 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 丙 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 3 由中点至无穷远处 逐渐减小 2 大小相等 方向相同都与中垂线垂直由正电荷指向负电荷 1 最大 3 先减小后增大 2 大小相等 方向相同 都由正电荷指向负电荷 1 最小不为零 分析 1 中点处 2 关于中点的对称点 3 递变规律 分析 1 中点处 2 关于中点的对称点 3 递变规律 1 场强为零 2 大小相等 方向相反指向中点o 背向中点o 3 先减小再增大 1 场强为零 2 大小相等 方向相反 都沿中垂线远离o 指向o 3 由中点至无穷远处场强先增大后减小至零 必有一个位置场强最大 o 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 7 关于电势与电势能的说法正确的是A 电荷在电场中电势高的地方电势能大B 在电场中的某点 电量大的电荷具有的电势能比电量小的电荷具有的电势能大C 正电荷形成的电场中 正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能大D 负电荷形成的电场中 正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能小 解析 正电荷在电势高处的电势能比电势低处的电势能大 负电荷则反之 所以A错 当具有电势为正值时 电量大的电荷具有的电势能大于电量小的电荷具有的电势能 当电势为负值 恰好相反 所以B错 正电荷形成的电场中 电势为正值 这样电势与正电荷的电量来积为正值 而负电荷在正电荷形成的电场中电势能为负值 因此C正确 负电荷形成的电场中 电势为负值 因而正电荷具有的电势能为负值 负电行具有的电势能为正值 所以D正确 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 WAB 1 5 10 5J 电场中A B两点的电势是 A 800V B 200V 把电荷q 1 5 10 8C由A点移到B点 电场力做了多少功 电势能变化多少 电势能增加 增加1 5 10 5J 求电场力做功的方法 1 利用功的定义求解在匀强电场中 WAB qE d 其中d为电荷沿电场线方向的位移 2 利用静电力做功与电势能变化量的关系求解WAB EpA EpB 3 利用电势差与静电力做功的关系求解WAB qUAB 4 利用动能定理求解W电 Ek2 Ek1 仅有电场力做功时 W电 W其它 Ek2 Ek1 9 将一电量为 2 10 8C的点电荷 从零电势S点移到电场中的M点 克服电场力做功4 10 8J 则UM 若将该电荷从M点移到N点 电场力做功14 10 8J 则N点电势UN M N两点电势差为 解析 UM W q 4 10 8 2 10 8 2V 由于是负电荷克服电场力做功 所以是顺着电场线移动 M点电势为负 所以UM 2V UN 14 10 8 2 10 8 7V 由于是电场力做功 所以负电荷是逆着电场线方向移动 N点电势比M点电势高7V 这样N点电势比S点高5V 所以 5V 说明 求某点电势可先求出电势差 然后根据电势差和电场力做功情况再求出该点电势 应牢记 电场力做正功 电势能减少 电场力做负功 电势能增加 1 6电势差与电场强度的关系 E A B d WAB qUAB WAB Fd qEd UAB Ed E A B d WAB FLcos qEd WAB qUAB UAB Ed 在匀强电场中 电势差与电场强度的关系 UAB Ed 即 匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积 2 公式E U d的理解与应用 1 公式E U d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 2 公式E U d只适用于匀强电场 且d表示沿电场线方向两点间的距离 或两点所在等势面的范离 3 对非匀强电场 此公式也可用来定性分析 但非匀强电场中 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 10 如图所示 A B C D是匀强电场中一正方形的四个顶点 已知A B C三点的电势分别为 A 15V B 3V C 3V 由此可得D点电势 D 9v 1 7静电现象的应用 1 静电感应 E0 导体中自由电荷在电场力作用下发生定向移动 2 静电平衡 发生静电感应的导体 当感应电荷产生的附加电场E 和原电场 外加电场 E0在导体内叠加为零 即E E0时 自由电子停止定向移动 这时导体所处的状态叫静电平衡状态 E0 E 1 静电平衡状态 导体中 包括表面 没有电荷定向移动的状态 一 静电平衡状态下导体的电场 2 处于静电平衡的导体特点 1 导体内部场强处处为零 E内合 0 2 导体外表面上任何一点的场强方向跟该点的表面垂直 即电场线垂直导体的外表面 3 整个导体是等势体 表面是等势面 W qU 0 例1 如图所示接地金属球A的半径为R 球外点电荷的电量为Q 到球心的距离为r 该点电荷的电场在球心的场强等于多少 Q R r o 注意 E是点电荷Q产生的电场 即外电场 E 是感应电荷产生的电场 附加电场 E合是两个电场叠加后的合电场 E E 练习1 带电量分别为 Q和 Q的两个点电荷相距为r 在两点电荷之间放入一个不带电的导体棒 如图所示 当导体达到静电平衡后 感应电荷在两点电荷连线中点O处产生的场强大小为多大 方向怎样 方向水平向左 E E 法拉第圆筒实验 用两个带有绝缘手柄的金属小球分别接触带有电荷的金属圆筒的内壁和外壁 二 导体上电荷的分布 和外壁接触的小球使验电器箔片张开 表明金属筒外壁有电荷分布 和内壁接触的小球不能使验电器箔片张开 表明金属筒内壁没有电荷分布 特点 1 导体内部没有电荷 电荷只分布在导体的外表面 2 在导体外表面 越尖锐的位置 电荷密度 单位面积的电荷量 越大 凹陷的位置几乎没有电荷 二 导体上电荷的分布 静电屏蔽 静电平衡时 金属外壳或金属网可保护其内部区域不受外电场影响的现象 处于静电平衡的导体壳内部场强为零 三 静电屏蔽 金属网罩也能起到静电屏蔽作用 类似事例 通讯电缆外包金属层 电学仪器外套金属罩 电力工作人员有时需要带电作业 全身穿戴金属丝网制成的衣 帽 鞋 手套等 E内 0 金属壳内部不受外部影响 A A 接地的封闭导体壳 内部电场对外部没影响 A B 例2 如图所示 把原来不带电的金属球壳B的外表面接地 将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内 但不于B发生接触 达到静电平衡后 则 A B的空腔内电场强度为零B B不带电C B的内外表面电势相等D B带负电 B的外部电场强度为零吗 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 电容器接在电源的正 负极上没有断开 则电容器两端的电压不变 两极板间的距离不变 则场强不变 油滴受力情况不变 油滴静止不动 在电容器两极板错开的过程中 电容器的电容是减小的 由C q U可知 U不变时 Q是减小的 则电容器的带电量减小 有电荷流向电源 是放电电流 方向由a到b D正确 例10 平行板电容器充电后与电源断开 负极板接地 在两极板间有一正电荷 电量很小 固定在P点 如图所示 以E表示两极板间的电场强度 U表示电容器两极间的电压 W表示正电荷在P点的电势能 若保持负极板不动 将正极板移到图中虚线所示的位置 则 A U变小 E不变 B E变大 W变大 C U变小 W不变 D U不变 W不变 解析 由极板间距离减小 知电容C增大 由充电后与电源断开 知带电量Q不变 由U Q C可得极板间电压U减小 根据 和U Q C得 再由E U d得 即E由Q S决定 而Q及S都不变 所以E不变 因为E不变 P点与负极板间的距离不变 所以可知P与负极板间的电压不变 即P点的电势Up不变 那么正电荷的电势能W qUp就不变 答案 AC 由上面的等式可以看出 在板间电介质不变的情况下 E由Q S 正对面积上的电荷密度决定 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 U1 U2 L 带电粒子