人教版选修3-1第一章：静电场——简明实用笔记(知识要点)

1、第八章静电场一、库仑定律1,电荷：自然界中只存在两种电荷正电荷一一丝玻正同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引YrJ负电荷毛橡负12 .电荷量：电荷量是指物体所带电荷的多少.单位是库仑,字母为"C'.3 .元电荷：电子所带电荷量e=1.6m10-19C,所有带电体的电荷量都是e的整数倍,电荷量e称为元电荷.电子的比荷：电子的电荷量e与电子质量m的比叫电子的比荷e/m=1.76x10116/kg4 .点电荷：点电荷是一种理想化的模型视为点电荷的条件：当带电体的尺寸比它们之间的距离小得很多,以致带电体的大小、形状对相互作用力影响不大时,这样的带电体就可以看做点电荷.5 .物体带电方法

2、：(1)摩擦起电；(2)感应起电；接触起电.-6、物体带电的实质：物体带电的实质是物体得到或失去电子.7 .电荷守恒定律：电荷既不能创造,也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一局部转移到另一局部,在转移过程中电荷总量保持不变.帮个点电行问的驱离FTU时,不靛用也珞A电假设*也就不弄昆福芹心定荷,七制之河的齐心力也不猴共8 .库仑定律：(1)适用条件：真空中,静止点电荷(2)公式：F=kQQ2静电力常量k=9.0X109N-m/C2r说明：1.不管两个带电体的电量是否相等它们间的作用力一定大小相等、方向相反均匀带电的圆球、圆板、圆环,等效为电荷都集中在球心、圆心.微观粒子(如

3、电子、质子)间的万有引力比它们之间的库仑力小得多,万有引力通常忽略不计,电荷在电场中受力分析时,一般情况下物体的重力不计.2 .应用方法：在要求不很精确时,空气可近似当作真空来处理.计算库仑力大小可将电荷量的绝对值代入公式,方向根据电性来判断3 .三个自由点电荷的平衡问题(1)条件：每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等,方向相反.(2) 规律：“三点共线一一三个点电荷分布在同一条直线上；“两同火异一一正负电荷相互间隔；“两大夹小一一中间电荷的电荷量最小；4.电量分配:“近小远大一一中间电荷靠近电荷量较小的电荷.“相同金属小球可知：两金属球接触后电荷平分或先中和再平分;、电场力的性质(1)电场

4、：带电体周围存在的一种物质,是电荷间相互作用的媒体.它是一种看不见的客观存在的物质.它具有力的特性和能的特性.(2)电场最根本的性质：对放入电场中的电荷有电场力的作用.场费的定义(3)电场力：放入电场中的电荷受到电场的力的作用,此力叫电场力.(而#决定式,不靛记E与F二g正代、与q片反吐曲2.电场强度E描述电场力的性质的物理量_j芍小吉决(1)定义：放入电场中某点的电荷所受电场力与此电荷所带电荷量的比值,叫电场强度.(2)定义式：E=F/q.(3)物质性：电场是电荷周围客观存在的物质,电荷之间的相互作用力通过电场而发生.(4)客观性：场强是描述电场力的性质的物理量,只由电场本身决定.电场中某点

5、的场强与检验电荷的电性和电量q无关,与检验电荷所受的电场力F无关,即使无检验电荷存在,该点的场强依然是原有的值.(5)矢量性：电场中某点的电场强度方向规定为正电荷在该点所受电'场力的方向.与放在该点的负电荷受的电场力的方向相反.电场强度叠加：当空间有几个点电荷同时存在时,它们的电场就互相叠加,形成合电场,这时某点的电场强度就是各个点电荷单独存在时在该点产生的电场强度的矢量和.电场强度是矢量,合成遵守平行四边形定那么,只有同时作用在同一区域的电场才能叠加.电场中某点处的电场强度E是唯一的,它的大小和方向与放入该点的点电荷q无关,它决定于形成电场的电荷(源电荷)及空间位置(6)场强大小判断

6、：a.根据电场力判断：E=F/qb.根据电场线判断：只与电场线疏密有关,与电场线方向无关.电场戏c.根据匀强电场中电势差判断：E=U/d(7)电场强度的计算：E=F/q(定义式,适用于任何电场)E=k件(只适用于真空中点电荷产成的电场)rE=U/d(只适用于匀强电场)3.电场线一一电场的形象描绘定义：在电场中画出一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线,使曲线上每一点的切线方向跟该点的场强方向一致,这些曲线就叫做电场线.性质：1电场线是为了形象地表示电场的方向和强弱引入的假想线,它不是电场中实际存在的线.电场线也不是电荷在电场中运动的轨迹.2电场线的疏密表示场强的大小,电场线越密的地方,具场强就越

7、大.3电场线上某点的切线方向即该点的场强方向,也是正电荷在该点受电场力的方向.4静电场的电场线是不闭合的曲线,总是从正电荷或无穷远处发出,终止于负电荷或无穷远处.在没有电荷的地方电场线不会中断,也不会相交.5电场线不会相交.6沿电场线电势降低7电场线与等势面垂直,由高指向低8等差等势面越密集E越大9匀强电场电场线及等势面一一平行等间距几种常见电场线的分布：注：一条直的电场线哪个图中都有,场强的大小判定要看在哪个图中哪个位置等量点电荷的电场线比拟：注：场强为零电势不一定为零电势为零场强不一定为零无穷远为参考比较等量异种点电荷等量同种正点电荷来源：学科电场线分布图p1连线中点O处的电场强度最小,指

8、向负电荷一方为零连线上的电场强度大小沿连线先变小,再变大沿连线先变小,再变大沿中垂线由O点向外电场强度大小O点最大,向外逐渐减小O点最小,向外先变大后变小关于O点对称的点电场强度特点等大同向等大反向三、电场能的性质1 .电势差Uab：(1)定义：电荷在电场中,由一点A移动到另一点B时,电场力所做的功与移动电荷电荷量的比值VWq,叫做A、B两点间的电势差,用UAb表示.(2)定义式:UAb=WAb/q.(3)电势差是标量,但有正负,正负表示电势的上下.2 .电势小：描述电场能的性质的物理量(1)定义：电势实质上是和标准位置的电势差.即电场中某点的电势,在数值上等于把单位正电荷从某点移到标准位置(

9、零电势点)时电场力所做的功.(2)定义式：(|)A=Uk=W/q.(3)电势是标量,但有正负,正负表示该点电势比零电势点高还是低.(4)电势上下判断：a.根据移动检验电荷做功判断：移动正电荷电场力做正功(负功)时,电势降落(升高)；移动负电荷电场力做正功(负功)时,电势升高(降落).b.根据电场线判断：沿着电场线方向,电势越来越低,逆着电场线方向电势越来越高.c.根据场源电荷判断：离正电荷越近,电势越高,离场源负电荷越近,电势越低.d.根据电势差判断：uAB>0,那么A点电势比B点高；Uab<0,那么A点电势比B点低.3 .电势能Ep：(1)定义：电荷在电场中某点的电势能,等于静电

10、力把它从该点移到零势能位置时所做的功电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能量叫电荷的电势能.(2)静电力做功与电势能变化的关系：电场力对电荷做正功,电荷的电势能减少,做功量等于电势能的减少量；电场力对电荷做负功,电荷的电势能增加,做功量等于电势能的增加量,即W电=一&(类比于W=-AEp).(3)电势能的相对性：电势能是相对的,通常把电荷在离场源电荷无穷远处的电势能规定为零,或把电荷在地球外表的电势能规定为零(4)电势能是标量.望独一一应用公式计亦时,、PW的岛标一定里时应,即L产物儿,口,4 .电场力做功的计算：(1)应用公式W=qUAB计算(普遍适用)：正负号运算法：根据符号规约把电

11、量q和移动过程的始、终两点的电势差UAb的值代入公式Wb=qUAB.*求助强.5.77xlFWm,与水平面夹角%30、绝对值运算法：公式中的q和Ik都取绝对值代入计算,功的正负再另判断：当正或负电荷从电势较高的点移动到电势较低的点时,是电场力做正功或电场力做负功当正或负电荷从电势较低的点移动到电势较高的点时,是电场力做负功或电场力做正功.W电+加上电=AEk由动能定理求解如果也场中两点不沿电场强度方向,d应为两点间的距商在电场强度方向的投影,WqElcos9适用于匀强电场W=qEdd为沿着电场线方向的距离WABAEp=Ep心EpB从能量角度求解会电荷g沿路径用由A到爪沿会利用微元法由折线来逼近

12、曲久路径力由乂到Jf到色擀古可得电荷沿任:&玷径力由乂力做功均为前到乱推电力做功口勺场Mwl2带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断粒子速度方向沿轨迹的切线方向,粒子合力方向一定沿电场线指向轨迹弯曲的凹侧.电场力与速度方向间夹角小于90°,电场力做正功；夹角大于90°,电场力做负功5 .等势面:1定义：电场中电势相同的点构成的面叫做等势面.2等势面的特点：等势面是为了形象描述电场中各点电势上下分布而引入的假想图,实际不存在.同一等势面上各点间的电势差为零,电荷在等势面上移动时电场力不做功.电场线垂直于等势面,并指向电势降低最快的方向.等势面不相交.电场强度较大的地

13、方,等差的等势面较密.电场线的描绘：利用电场线和等势面的垂直关系,先描绘出等势面,再画出电场线.6.匀强电场中场强和等势面的关系：在匀强电场中,沿着场强方向的两点间的电势差等于电场强度跟这两点间距离的乘积,即l=Ed,也可理解为：在匀强电场中,电场强度在数值上等于沿场强方向上单位长度的电势降落,7、静电平衡：(1)、处于静电平衡状态的导体,内部场强处处为零.(2)、处于静电平衡状态的整个导体是个等势体,它的外表是个等势面.8、几种典型电场的等势面途簌甲等量异号点电荷的电场乙等量同号点电荷的电场,即E=l/d.电顼等势面一问,j-.«-u目bglo|Br,口1.(M.Hl口口(fe工r

14、'黑i士q2"CDx孤立带电体的电场等量异种点电荷的等势面电场连线的中垂面上的电势为零等量同种正点电荷的等势面电场连线上,中点电势最低,电势最高点电荷的电场等势面以点电荷为球心的一簇球面匀强电场等势囿垂直于电场线的一簇平面:吟必您?、-1、yr1r2rt1/J二*/在中垂线上,中点J;、中东品的电杆建处戕一个极机折帝电苻营的他对值.*对于结构琉定的电容器,电富C是不变的,电荷量Q与电势总U成正比G*充电的过程将电场能储存在电会放电的过程是揩描存在电容器中的电场能转化为其他带四、电容和电容器1.电容器、电容(1)电容器：两个彼此绝缘又互相靠近的导体可构成一个电容器.它可以用来储

15、存电荷.(2)电容：描述电容器容纳电荷本领的物理量.(物理意义)定义：电容器所带的电荷量Q(一个极板所带电荷量的绝对值)与两个极板间电势差U的比值,叫做电容器的电容.定义式：c=Q=JQUAU.注：电容c由电容器本身的构造因素决定与电容器所带电量Q和充电电压U无关.单位：1F=1C6pF=1012pF几种电容器(a)平行板电容器：平行板电容器的电容跟介电常数e成正比,跟正对面积S成正比,跟两板间的距离d成反比,即c=£.带电平行板电容器两极板间的电场可认4二kd为是匀强电场,板间场强为E=U/d.(b)固定电容器、可变电容器、电解电容器.电解电容器接入电路时应注意其极性.(3)电容器

16、的充放电过程：充电过程：电荷量增大,电压升高,场强增大,电势能增大放电过程：电荷量减小,电压降低,场强减小,电势能减少(4)电容器的讨论问题：三个公式：C=Qc=s-E=UU4二kdd两个前提：与电源相连电压不变与电源断开Q不变一个二级结论：Q不变,E与板间距离无关静电计是测量电势差的仪器.指针偏转角度越大,金属外壳和上方金属小球间的电势差越大.一个特例：带二级管的五、带电粒子在电场中的运动1、带电粒子在电场中运动时重力的处理(1)根本粒子：如电子、质子、a粒子、离子等,除有说明或明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量).(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的

17、暗示以外,一般都不能忽略重力.2、带电粒子在电场中的运动(1)平衡(静止或匀速)：仅在电场力和重力作用下满足qE=mg(2)加速：在任何电场中,假设只有电场力做功,由动能定理：W=E,LU有,w=qU=1mv2.V)可B2Vm,(3)偏转：当不计重力的带电粒子以一定初速垂直电场方向进入匀强电场时,粒子的运动为类平抛运动,其轨迹是抛物线.当带电粒子的质量为项电量为q,两平行金属板板长为l,距离为d,板间电压为U,当带电粒子以初速V0平行于两板进入电场时,两板间的场强为Eq.在d垂直场强方向做匀速运动：Vx=Vo,穿越电场时间t='V0在电场方向做匀加速运动：2=空=四mmd离开电场时y方

18、向分速度vy=at=皿mdv02离开电场时y方向上的位移:y=-at2=lq-2离开电场时偏转角8:tanB=-y"=-q-y22dmv0v0mdv0注：经同一电场加速后再经同一电场偏转射出磁场的位置及方向与mq无关平抛的两个结论也适用(4)圆周运动带电粒子在点电荷形成的径向辐射状分布的静电场中,可做匀速圆周运动.如氢原子核外电子的绕核运动.此时有kQq=me.rr示波器:(1)构造：示波器的核心部件是示波管,它由电子枪、偏转电极、荧光屏组成.(2)示波管的根本工作原理：利用两组正交的偏转极板,可以限制电子打在荧光屏上的位置.示意图如右：两组偏转电极分别限制电子在水平、竖直方向的偏转

19、.一般在水平偏转电极上加扫描电压(从左向右周期性扫描),在竖直偏转电极上加需要研究的信号.(3)示波器面板开关与旋钮的作用：如图2-1-1所示为J2459型示波器的面板.是辉度调节旋钮,标以“符号,用来调节光示波管的示意图点和图像的亮度.顺时针旋转旋钮时,亮度增加.是聚焦调节旋钮,是辅助聚焦调节旋钮这两个旋钮配合着使用,能使电子射线会聚,在荧光屏上产生一个小的亮斑,得到清楚的图像.往下是电源开关和指示灯,用后盖板上的电源插座接通电源后,把开关扳向开的位置,指示灯亮,经过一两分钟的预热,示波器就可以使用了.荧光屏下边第一行中,是竖直位移旋钮,是水平位移旋钮,分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的位置.它们中间的两个旋钮是“Y增益和