高中物理静电场知识及解题方法

物理静电场知识及解题方法1. 电荷电荷守恒点电荷自然界中只存在正、负两中电荷，电荷在它的同围空间形成电场，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。基本电荷e = 1.6*10(-19)C。带电体电荷量等于元电荷的整数倍（Q=ne）使物体带电也叫起电。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，或从的体的这一部分转移到另一个部分，这叫做电荷守恒定律。带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷。2. 库仑定律公式：F = KQ1Q2/r2（真空中静止的两个点电荷）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，其中比例常数K叫静电力常量，K = 9.0*109Nm2/C2。（F：点电荷间的作用力(N)， Q1、Q2：两点电荷的电量(C)，r：两点电荷间的距离(m)，方向在它们的连线上，作用力与反作用力，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引）库仑定律的适用条件是(1)真空，(2)点电荷。点电荷是物理中的理想模型。当带电体间的距离远远大于带电体的线度时，可以使用库仑定律，否则不能使用。3. 静电场 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弱度。电场线的特点：(1)始于正电荷（或无穷远），终止负电荷（或无穷远）；(2)任意两条电场线都不相交。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。带电粒子的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度共同决定。3. 电场强度点电荷的电场电场的最基本的性质之一，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强度来描述。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，定义式是E = F/q，E是矢量，规定正电荷受电场力的方向为该点的场强方向，负电荷受电场力的方向与该点的场强方向相反。（E:电场强度(N/C)，是矢量，q：检验电荷的电量(C)）电场强度E的大小，方向是由电场本身决定的，是客观存在的，与检验电荷无关。与放入检验电荷的正、负，及带电量的多少均无关，不能认为E与F成正比，也不能认为E与q成反比。点电荷场强的计算式E = KQ/r2（ r：源电荷到该位置的距离（m），Q：源电荷的电量(C)）要区别场强的定义式E = F/q与点电荷场强的计算式E = KQ/r2，前者适用于任何电场，后者只适用于真空（或空气）中点电荷形成的电场。4. 电势能电势 等势面电势能由电荷在电场中的相对位置决定的能量叫电势能。电势能具有相对性，通常取无穷远处或大地为电势能和零点。由于电势能具有相对性，所以实际的应用意义并不大。而经常应用的是电势能的变化。电场力对电荷做功，电荷的电势能减速少，电荷克服电场力做功，电荷的电势能增加，电势能变化的数值等于电场力对电荷做功的数值，这常是判断电荷电势能如何变化的依据。电场力对电荷做功的计算公式：W = qU，此公式适用于任何电场。电场力做功与路径无关，由起始和终了位置的电势差决定。电势是描述电场的能的性质的物理量。在电场中某位置放一个检验电荷q，若它具有的电势能为，则比值/q叫做该位置的电势。电势也具有相对性，通常取离电场无穷远处或大地的电势为零电势（对同一电场，电势能及电势的零点选取是一致的）这样选取零电势点之后，可以得出正电荷形成的电场中各点的电势均为正值，负电荷形成的电场中各点的电势均为负值。电势相等的点组成的面叫等势面。等势面的特点：a、等势面上各点的电势相等，在等势面上移动电荷电场力不做功。b、等势面一定跟电场线垂直，而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面。c、规定：画等势面（或线）时，相邻的两等势面（或线）间的电势差相等。这样，在等势面（线）密处场强较大，等势面（线）疏处场强小。6. 电势差电场中两点的电势之差叫电势差，依教材要求，电势差都取绝对值，知道了电势差的绝对值，要比较哪个点的电势高，需根据电场力对电荷做功的正负判断，或者是由这两点在电场线上的位置判断。匀强电场7. 匀强电场中电势差和电场强度的关系场强方向处处相同，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，在两极之间除边缘外就是匀强电场。在匀强电场中电势差与场强之间的关系是U = Ed，公式中的d是沿场强方向上的距离(m)。在匀强电场中平行线段上的电势差与线段长度成正比。静电场解题思路与方法1.电场强度的计算方法除用三个表达式计算外，还可以借助下列三种方法求解：(1)电场叠加合成的方法；(2)平衡条件求解法；(3)对称法。分析电场的叠加问题的一般步骤是：(1)分析该处有几个分电场，先计算出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向；(2)利用平行四边形定则求出矢量和。2.带电粒子的运动轨迹判断1沿轨迹的切线找出初速度方向，依据粒子所受合力的方向指向轨迹的凹侧来判断电场力的方向，由此判断电场的方向或粒子的电性。2由电场线的疏密情况判断带电粒子的受力大小及加速度大小。3由功能关系判断速度变化：如果带电粒子在运动中仅受电场力作用，则粒子电势能与动能的总量不变。电场力做正功，动能增大，电势能减小。电场力做负功，动能减小，电势能增大。电场力做正功还是负功依据力与速度的夹角是锐角还是钝角来判断。4. 对于粒子电性，电场线方向（电势高低）的判断可以用假设法来判断对错。注意多解的情况。3.静电力做功(1)特点：静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关。(2)计算方法： WqEd，只适用于匀强电场，其中d为沿电场线方向的距离。 WABqUAB，适用于任何电场。静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于电势能的减少量，即WABEpAEpBEp。计算时取WABqUABq（UAUB） （计算时q、UA、UB要带正负）大小：电势能在数值上等于将电荷从该点移到零势能位置时电场力所做的功。4.电势高低与电势能大小的判断1电势高低常用的两种判断方法(1)依据电场线的方向沿电场线方向电势逐渐降低(2)依据UAB，若UAB0，则AB，若UAB0，则A0表示场强沿x轴正方向；E0表示场强沿x轴负方向。(3)图线与x轴围成的“面积”表示电势差，“面积”大小表示电势差大小，电场方向判定电势高低。6.三点电荷平衡模型建模条件两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等、方向相反。模型特点“三点共线”三个点电荷分布在同一条直线上。“两同夹异”正负电荷相互间隔。“两大夹小”中间电荷的电荷量最小。“近小远大”中间电荷靠近电荷量较小的电荷。7. 带电粒子在电场中的偏转示波管 1.主要由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。2工作原理(1)如果偏转电极XX和YY之间都没有加电压，则电子枪射出的电子沿直线运动，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑。(2)示波管的YY偏转电极上加的是待显示的信号电压，XX偏转电极上加的是仪器自身产生的锯齿形电压，叫做扫描电压。若所加扫描电压和信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的稳定图象。(4)位移两个结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时的偏转角度和偏移量y总是相同的。证明：由qU0mv及tan，得tan。y。(2)粒子经电场偏转后，合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O为粒子水平位移的中点。8. 带电粒子在交变电场中运动的分析方法(1)注重全面分析(分析受力特点和运动规律)，抓住粒子的运动具有周期性和空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移等