高二物理電場總結(jié)
高二物理電場總結(jié)一:電荷守恒定律與庫侖定律【知識(shí)點(diǎn)梳理】1.電荷:自然界中只存在兩種電荷,即正電荷和負(fù)電荷.用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷為負(fù)電荷,用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷為正電荷.同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引.2.電荷量:電荷量是指物體所帶電荷的多少.單位是庫侖,字母為“C”.物體不帶電的實(shí)質(zhì)是物體帶有等量的異種電荷.-193.元電荷:電子所帶電荷量e=1.610C,所有帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍,因此電荷量e稱為元電荷.4.點(diǎn)電荷:點(diǎn)電荷是一種理想化的模型,當(dāng)帶電體的尺寸比它們之間的距離小得很多,以致帶電體的大小、形狀對相互作用力影響不大時(shí),這樣的帶電體就可以看做點(diǎn)電荷.5.物體帶電方法:(1)摩擦起電;(2)感應(yīng)起電;(3)接觸起電.6.電荷守恒定律:電荷既不能創(chuàng)造,也不能消滅,只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移過程中電荷總量保持不變.7.庫侖定律:(1)適用條件:①真空中,②點(diǎn)電荷(2)公式:說明:①兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力是一對作用力與反作用力,不論兩個(gè)帶電體的電量是否相等,甚至相差懸殊,但它們間的作用力一定大小相等、方向相反,并與它們的質(zhì)量無關(guān).②均勻帶電的圓球、圓板、圓環(huán),等效為電荷都集中在球心、圓心.③微觀粒子(如電子、質(zhì)子)間的萬有引力比它們之間的庫侖力小得多,萬有引力通常忽略不計(jì),電荷在電場中受力分析時(shí),一般情況下重力不計(jì).二:電場強(qiáng)度與電場線電場力的性質(zhì)【知識(shí)點(diǎn)梳理】1.電場:(1)電場:帶電體周圍存在的一種物質(zhì),是電荷間相互作用的媒體.它是一種看不見的客觀存在的物質(zhì).它具有力的特性和能的特性.(2)電場最基本的性質(zhì):對放入電場中的電荷由電場力的作用.(3)電場力:放入電場中的電荷受到電場的力的作用,此力叫電場力.2.電場強(qiáng)度E:描述電場力的性質(zhì)的物理量(1)定義:放入電場中某點(diǎn)的電荷所受電場力與此電荷所帶電荷量的比值,叫電場強(qiáng)度.(2)定義式:.(3)物質(zhì)性:電場是電荷周圍客觀存在的物質(zhì),電荷之間的相互作用力通過電場而發(fā)生.(4)客觀性:場強(qiáng)是描述電場力的性質(zhì)的物理量,只由電場本身決定.電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)與檢驗(yàn)電荷的電性和電量q無關(guān),與檢驗(yàn)電荷所受的電場力F無關(guān),即使無檢驗(yàn)電荷存在,該點(diǎn)的場強(qiáng)依然是原有的值.(5)矢量性:電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向規(guī)定為正電荷在該點(diǎn)所受電場力的方向.與放在該點(diǎn)的負(fù)電荷受的電場力的方向相反.(6)場強(qiáng)大小判斷:a.根據(jù)電場力判斷:b.根據(jù)電場線判斷:只與電場線疏密有關(guān),與電場線方向無關(guān).(7)電場強(qiáng)度的計(jì)算:(定義式,普遍適用)(用于真空中點(diǎn)電荷形成的電場)(用于勻強(qiáng)電場)3.電場線:在電場中畫出一系列從正電荷出發(fā)到負(fù)電荷終止的曲線,使曲線上每一點(diǎn)的切線方向跟該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致,這些曲線就叫做電場線.(1)電場線是為了形象地表示電場的方向和強(qiáng)弱引入的假想線,它不是電場中實(shí)際存在的線.電場線也不是電荷在電場中運(yùn)動(dòng)的軌跡.(2)電場線的疏密表示場強(qiáng)的大小,電場線越密的地方,其場強(qiáng)就越大.(3)電場線上某點(diǎn)的切線方向即該點(diǎn)的場強(qiáng)力向,也就是正電荷在該點(diǎn)所受電場力的方向.(4)靜電場的電場線是不閉合的曲線,總是從正電荷(或無窮遠(yuǎn)處)發(fā)出,終止于負(fù)電荷(或無窮遠(yuǎn)處).在沒有電荷的地方電場線不會(huì)中斷,也不會(huì)相交.正電荷一定要發(fā)出電場線,負(fù)電荷一定要接收電場線.(5)電場線不會(huì)相交或相切.4.電場的疊加:同時(shí)存在幾個(gè)產(chǎn)生電場的場源時(shí),電場中某點(diǎn)的合場強(qiáng)是各場源單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生場強(qiáng)的矢量和.三:電勢與電勢差電場能的性質(zhì)【知識(shí)點(diǎn)梳理】1.電勢差UAB:(1)定義:電荷在電場中,由一點(diǎn)A移動(dòng)到另一點(diǎn)B時(shí),電場力所做的功與移動(dòng)電荷電荷量的比值WAB/q,叫做A、B兩點(diǎn)間的電勢差,用UAB表示.(2)定義式:UAB=WAB/q.(3)電勢差是標(biāo)量,但有正負(fù),正負(fù)表示電勢的高低.2.電勢φ:描述電場能的性質(zhì)的物理量(1)定義:電勢實(shí)質(zhì)上是和零電勢點(diǎn)的電勢差.即電場中某點(diǎn)的電勢,在數(shù)值上等于把單位正電荷從某點(diǎn)移到零電勢點(diǎn)時(shí)電場力所做的功.(2)定義式:φA=UAp=WAp/q.(3)電勢是標(biāo)量,但有正負(fù),正負(fù)表示該點(diǎn)電勢比零電勢點(diǎn)高還是低.(4)電勢高低判斷:a.根據(jù)移動(dòng)檢驗(yàn)電荷做功判斷:移動(dòng)正電荷電場力做正功(負(fù)功)時(shí),電勢降落(升高);移動(dòng)負(fù)電荷電場力做正功(負(fù)功)時(shí),電勢升高(降落).b.根據(jù)電場線判斷:沿著電場線方向,電勢越來越低,逆著電場線方向電勢越來越高.c.根據(jù)場源電荷判斷:離正電荷越近,電勢越高,離場源負(fù)電荷越近,電勢越低.d.根據(jù)電勢差判斷:>0,則A點(diǎn)電勢比B點(diǎn)高;6.勻強(qiáng)電場中場強(qiáng)和等勢面的關(guān)系:在勻強(qiáng)電場中,沿著場強(qiáng)方向的兩點(diǎn)間的電勢差等于電場強(qiáng)度跟這兩點(diǎn)間距離的乘積,即U=Ed,也可理解為:在勻強(qiáng)電場中,電場強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿場強(qiáng)方向上單位長度的電勢降落,即E=U/d.四:電容器與帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)【知識(shí)點(diǎn)梳理】1.電容器、電容(1)電容器:兩個(gè)彼此絕緣又互相靠近的導(dǎo)體可構(gòu)成一個(gè)電容器.(2)電容:描述電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量.①定義:電容器所帶的電荷量Q(一個(gè)極板所帶電荷量的絕對值)與兩個(gè)極板間電勢差U的比值,叫做電容器的電容.單位:1F=106μF=1012pF②定義式:.電容C由電容器本身的構(gòu)造因素決定,與電容器所帶電量Q和充電電壓U無關(guān).③幾種電容器(a)平行板電容器:平行板電容器的電容跟介電常數(shù)ε成正比,跟正對面積S成正比,跟兩板間的距離d成反比,即.帶電平行板電容器兩極板間的電場可認(rèn)為是勻強(qiáng)電場,板間場強(qiáng)為.(b)固定電容器、可變電容器、電解電容器.電解電容器接入電路時(shí)應(yīng)注意其極性.2.帶電體在電場中的運(yùn)動(dòng)(1)平衡(靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)):僅在電場力和重力作用下滿足(2)加速能量:在任何電場中,若只有電場力做功,有..動(dòng)力學(xué):在勻強(qiáng)電場中,若只有電場力作用,帶電體做勻變速直線運(yùn)動(dòng),其加速度為(3)偏轉(zhuǎn)當(dāng)不計(jì)重力的帶電粒子以一定初速垂直電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場時(shí),粒子的運(yùn)動(dòng)為類平拋運(yùn)動(dòng),其軌跡是拋物線.當(dāng)帶電粒子的質(zhì)量為m,電量為q,兩平行金屬板板長為l,距離為d,板間電壓為U,當(dāng)帶電粒子以初速v0平行于兩板進(jìn)入電場時(shí),兩板間的場強(qiáng)為在垂直于場強(qiáng).在平行于場強(qiáng)線運(yùn)動(dòng):,..方向上,粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng):方向上粒子做初速度為零的勻加速直.離開電場時(shí),粒子在板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為沿電場力方向上的位移為速度方向上的偏轉(zhuǎn)角為,(6)帶電粒子射出偏轉(zhuǎn)電場后打到熒光屏上在距偏轉(zhuǎn)電場粒子射出端為x的地方,有一與極板垂直的熒光屏。帶電粒子射出偏轉(zhuǎn)電場后作勻速直線運(yùn)動(dòng),打到熒光屏上。如果在偏轉(zhuǎn)電場中沒有加偏轉(zhuǎn)電壓,這時(shí)帶電粒子打在熒光屏的中心點(diǎn)O。設(shè)加偏轉(zhuǎn)電壓后,粒子打在熒光屏上的點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為y',如圖。根據(jù)相似三角形知識(shí)有:y'y=L2L2x+y'=qL2mdv02(x+L2)U=tanφ(x+L2)相似三角形應(yīng)取L得中點(diǎn)作為三角形頂點(diǎn)注意:經(jīng)過同一加速電場u1與同一偏轉(zhuǎn)電場u出來的粒子偏轉(zhuǎn)位移與偏轉(zhuǎn)角度均相同,即與質(zhì)量m和電荷量q均無關(guān)。y=,tanθ=(4)圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子在點(diǎn)電荷形成的徑向輻射狀分布的靜電場中,可做勻速圓周運(yùn)動(dòng).如氫原子核外電子的繞核運(yùn)動(dòng).此時(shí)有.Y++++++++y′dyv0Y′--------Lx
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高二物理電場知識(shí)點(diǎn)總結(jié)1.電荷
一、兩種電荷
(1)是指帶電體的一種屬性
例如,摩擦過的物體具有吸引輕小物體的性質(zhì),我們就說物體帶了電,或者說,帶了電荷。(2)自然界只存在兩種電荷
正電荷:規(guī)定用絲綢摩擦過的玻璃棒上帶的電荷叫正電荷,質(zhì)子帶正電荷;負(fù)電荷:規(guī)定用毛皮摩擦過的橡膠棒上帶的電荷叫負(fù)電荷,電子帶負(fù)電荷。(3)正、負(fù)電荷在某些方面具有相反的性質(zhì),稱之為異種電荷。2.電量
電荷的多少叫做電量(物體帶電多少的量度),用Q或q表示,單位是庫侖(C)。中和:等量的異種電荷完全相互抵消的現(xiàn)象叫作中和。
任何不帶電的物體,其中都有等量的正負(fù)電荷,因而處于中性狀態(tài)。元電荷(基本電荷):e=1.60×10-19C,常用作電量單位3.三種起電方式
起電:使物體帶電叫起電,起電的過程是使物體中的正負(fù)電荷分開的過程。(1)摩擦起電條件:兩物體相互摩擦
原因:不同物質(zhì)的原子核束縛電子的本領(lǐng)不同,兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r,哪個(gè)物體的原子核束縛電子的本領(lǐng)弱,它的一些電子就會(huì)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上。失去電子的物體因缺少電子而帶正電,得到電子的物體因有了電子而帶等量的負(fù)電。電子在物體間發(fā)生遷移。結(jié)果:兩個(gè)相互摩擦的物體分別帶上等量異種電荷,即Q1=-Q2(2)接觸起電
條件:帶電體與不帶電體相互接觸原因:電子發(fā)生遷移或部分電荷被中和結(jié)果:兩接觸物體帶上同種電荷(不一定等量)
例:兩個(gè)半徑相同的金屬球,一帶正電Q1,一帶負(fù)電-Q2,二者充分接觸后,發(fā)生了部分中和,帶點(diǎn)情況為:帶電量均為(Q1-Q2)/2。(3)感應(yīng)起電(利用靜電感應(yīng)使物體帶電)條件:將導(dǎo)體靠近帶電體,即置于靜電場中
原因:在電場力的作用下,導(dǎo)體中的自由電子逆電場方向運(yùn)動(dòng),使電荷在導(dǎo)體表面重新分布結(jié)果:導(dǎo)體接近場源一端帶上與場源電性相反的電荷;而遠(yuǎn)離場源一端帶上與場源電性相同的電荷
獲得感應(yīng)凈電荷的兩種方法:
感應(yīng)分離將發(fā)生靜電感應(yīng)的導(dǎo)體兩端分開,結(jié)果兩端分別帶上異種電荷。
感應(yīng)接地將被感應(yīng)的物體接地(如用手摸一下),結(jié)果導(dǎo)體帶上跟場源電性相反的電荷(與接地位置無關(guān))。
場源電荷電量Q與感應(yīng)電荷電量Q′的關(guān)系:Q≥Q’4.電荷守恒定律
電荷既不能創(chuàng)造,也不能被消滅,它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。這是自然界一個(gè)非常重要的規(guī)律二、電荷間的相互作用
1.同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引2.庫侖定律
法國物理學(xué)家?guī)靵鲅芯苛俗詈唵蔚膸c(diǎn)體點(diǎn)電荷間的相互作用,得出了庫侖定律在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力跟它們的電量的乘積成正比,跟它們的距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上。F=kQ1Q2/r2
(1)這個(gè)作用力叫做靜電力,又叫做庫侖力。
(2)點(diǎn)電荷:一種理想化模型,當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大得多,以致帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí),這樣的帶電體就可以被看作是點(diǎn)電荷。(3)k:靜電力恒量(常量),其值為9.0×109Nm2/C2,用庫侖扭秤通過實(shí)驗(yàn)測定。它表明:兩個(gè)帶電量均為1C的點(diǎn)電荷在真空中相距為1m時(shí),相互的靜電力大小為9.0×109N。(4)適用條件:真空中,兩靜止的點(diǎn)電荷或均勻帶電球體、均勻帶電球殼。(5)靜電力的正負(fù)不表示大小,表示方向或說表示靜電力的性質(zhì)同種電荷,F(xiàn)>0,斥力,方向沿連線向外;異種電荷,F(xiàn)
(1)電場強(qiáng)度
描述電場的強(qiáng)弱和方向的物理量(表示電場的力的性質(zhì))。
定義:放入電場中的某一點(diǎn)的電荷受到的電場力跟它的電量的比值叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度,簡稱場強(qiáng)。E=F/q
矢量,方向?yàn)檎姾稍谠擖c(diǎn)所受電場力的方向。單位:牛/庫(N/C)
注:E=F/q適用于任何電場。E可由F、q量度,但并不取決于F、q,而是由電場自身決定(場源電量Q和該點(diǎn)到場源電荷的距離r)
q:檢驗(yàn)電荷電量(電量小、體積。湃胫蟛粫(huì)影響原來的電場,便于用它來研究電場中各點(diǎn)的性質(zhì)。電場力F=qE
(2)點(diǎn)電荷場強(qiáng):真空中E=kQ/r2(3)電場的疊加
如果有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在,它們的電場就互相疊加,形成合電場,電場中某點(diǎn)的場強(qiáng),就等于各個(gè)點(diǎn)電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和。
知道了點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式和場強(qiáng)的疊加性,那么原則上任一電荷分布已知的帶電體所形成的電場中某一點(diǎn)的場強(qiáng)都可以求出(事實(shí)上很難計(jì)算)。
(4)電力線:研究電場,重要的是要知道電場中各點(diǎn)的場強(qiáng)的大小和方向,為了形象、直觀地表示電場的強(qiáng)弱和方向,引入電力線的概念。
A.電力線并不是電場中實(shí)際存在的線,而是人們?yōu)榱耸闺妶鲂蜗蠡傧氲挠邢蚯;B.電力線從正電荷出發(fā)到負(fù)電荷終止,不是閉合曲線;
C.電力線的疏密表示電場的強(qiáng)弱,電力線上任一點(diǎn)的切線方向表示場強(qiáng)的方向;D.在沒有其它電荷的空間,電力線不中斷、不相交(因?yàn)殡妶龅姆植际沁B續(xù)的,且電場中任一點(diǎn)的場強(qiáng)方向只有一個(gè))。
(5)常見的五種電力線(會(huì)畫):孤立點(diǎn)電荷(正、負(fù)),兩個(gè)等量異、同種電荷和勻強(qiáng)電場
勻強(qiáng)電場:各點(diǎn)的場強(qiáng)大小、方向都相同的電場,其電力線是疏密程度處處相等的互相平行的直線。兩塊大小相等、互相正對、靠近的平行金屬板分別帶等量的異種電荷時(shí),它們之間的電場除邊緣附近外,為勻強(qiáng)電場。4.電勢能電勢電勢差等勢面
(1)電勢能:電荷在電場中由電場力和相對位置決定的勢能。用ε(手寫E)表示。通常取電荷q在無限遠(yuǎn)處的電勢能為零,電勢能的正負(fù)表示大小。
電勢能變化與電場力做功的關(guān)系:W=-Δε
電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能在數(shù)值上等于把電荷從這點(diǎn)移到無限遠(yuǎn)處電場力所做的功。(2)電勢
表示電場的能的性質(zhì)的物理量
定義:電場中某點(diǎn)的電荷的電勢能跟它的電量的比值,叫做這一點(diǎn)的電勢。U=ε/q標(biāo)量。單位:伏(V)
1V表示電量為1C的正電荷在該點(diǎn)的電勢能為1J
通常取無限遠(yuǎn)處的電勢為零,或取大地的電勢為零,其正負(fù)表示高低(大。。取無限遠(yuǎn)處電勢為零,正電荷的電場中電勢處處為正,負(fù)電荷的電場中電勢處處為負(fù);順著電力線的方向電勢越來越低。
(3)電勢差:電場中兩點(diǎn)間的電勢的差值叫做電勢差(電壓)。UAB=UA-UB=-UBA=-(UB-UA)電場力做功與電勢差的關(guān)系:W=qUAB電子伏特(eV):1eV=1e×1V=1.60×10-19J
電場力做功的特點(diǎn):與路徑無關(guān),只與兩點(diǎn)間的電勢差有關(guān)。(4)等勢面
*A.點(diǎn)電荷的電勢公式:U=kQ/r(取無限遠(yuǎn)處電勢為零)
*B.電勢疊加:空間某一點(diǎn)的電勢,等于各電場在該點(diǎn)的電勢的代數(shù)和。原則上,利用A、B,我們可以計(jì)算出電荷分布已知的帶電體電場中各點(diǎn)的電勢。在電場中,電勢相等的點(diǎn)所構(gòu)成的面,叫做等勢面。它與電力線一樣,是用來形象、直觀地描述電場而假想的曲面。
在靜電場中,等勢面有如下基本性質(zhì):
A.相鄰等勢面的電勢差相等,等勢面的疏密表示電場的強(qiáng)弱(等勢面疏密與電力線疏密一致);
B.等勢面的正負(fù)表示電勢的高低,沿電力線方向等勢面的電勢降落最快;C.等勢面處處與電力線垂直,沿等勢面移動(dòng)電荷,電場力不作功;D.(同一等勢面不中斷)不同點(diǎn)勢的等勢面不相交。
五種常見電場等勢面:孤立點(diǎn)電荷(正、負(fù)),兩個(gè)等量異、同種電荷和勻強(qiáng)電場5.勻強(qiáng)電場中電勢差跟場強(qiáng)的關(guān)系:E=U/d*6.靜電場中的導(dǎo)體
靜電感應(yīng):把導(dǎo)體(金屬)放入電場中,導(dǎo)體內(nèi)部的電子在電場力的作用下向電場的反方向移動(dòng),導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷的現(xiàn)象。
靜電平衡狀態(tài):導(dǎo)體中(包括表面)沒有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點(diǎn):
(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部場強(qiáng)處處為零(這是外電場E與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場E’內(nèi)電場疊加的結(jié)果)。
(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,表面上任何一點(diǎn)的場強(qiáng)方向跟該點(diǎn)的切面垂直。(3)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是一個(gè)等勢體,它的表面是一個(gè)等勢面。
(4)處于靜電平衡狀態(tài)的帶電導(dǎo)體,電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上。應(yīng)用:(1)兩種靜電屏蔽:
外屏蔽一個(gè)不接地的空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場全屏蔽一個(gè)接地的空腔導(dǎo)體可以同時(shí)屏蔽內(nèi)、外電場(2)法拉第圓筒:外取,內(nèi)送。7.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)
(1)加速:qU=mv2(2)偏轉(zhuǎn)(類似平拋運(yùn)動(dòng))側(cè)移y=,偏角tgф=
四、電容器電容
1.電容器:任何兩個(gè)彼此絕緣而又互相靠近的導(dǎo)體,都可以看成是一個(gè)電容器。電容器具有容納電荷(充放電)的本領(lǐng)。2.電容
表示電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量。
定義:電容器所帶的電量跟它的兩極間的電勢差的比值,叫做電容器的電容。C=Q/U單位:法拉(F),1F=106μF=1012pF3.平行板電容器電容:C=4.常用電容器(了解)5.電容器的擊穿電壓和額定電壓五、靜電的防止和應(yīng)用
1.靜電的危害:靜電荷積累到一定程度,會(huì)產(chǎn)生火花放電。防止靜電危害的基本方法是盡快地把產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走。
2.靜電的應(yīng)用:依據(jù)的物理原理幾乎都是讓帶電的物質(zhì)微粒在電場力作用下,奔向并吸附到電極上。
如:靜電除塵、靜電復(fù)印
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