高考物理冲刺资料之一静电场及其经典题Word下载.docx
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元电荷的电荷量,它是最小的电荷量,但不是带电体。
电子和质子均是带电体,它们所带的电荷量等于元电荷,但不能说电子和质子就是元电荷。
所有带电体的电荷量都等于e的整数倍。
点电荷:
如果带电体间的距离比它们的大小大得多,带电体便可看作点电荷。
检验电荷(试探电荷):
是一个理想化的物理模型。
放入电场中检验此处电场强弱或电势高低,而又不影响原电场分布的电荷,故应为带电荷量足够小的点电荷。
4、电荷既不能创造,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中,电荷的总量不变。
这叫做电荷守恒定律。
二、库仑定律
1、公式:
(——两个点电荷带电量的绝对值)
适用条件:
真空中的点电荷。
两个带电的导体球,当不考虑电荷由于相互作用而重新分布的影响时(即仍看成均匀带电球),可看作点电荷,电荷之间的距离就为两球心之间的距离。
2、三个自由点电荷仅在它们系统的静电力作用下处于平衡状态时满足的规律是:
(1)“三点共线”:
三个点电荷分布在同一直线上
(2)“两同夹异”:
正负电荷相互间隔。
(3)“两大夹小”:
中间电荷的电荷量最小。
(4)“近小远大”:
中间电荷靠近电荷量较小的电荷。
三、电场强度
1、三个表达式的比较
公式意义
电场强度定义式。
决不能理解为“E与F成正比,而与q成反比”
真空中点电荷电场强度的决定式
场强与电势差的关系式
适用条件
一切电场
真空、点电荷
匀强电场
决定因素
由电场本身决定,与q无关
由场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定
由电场本身决定,d为沿电场方向的距离
相同点
矢量,遵守平行四边形定则
*电场强度方向与正电荷在该点的受力方向一致,电场线上每点的切线方向沿该点场强的方向。
2、等量异种、等量同种点电荷的电场比较(可以在判断点中放置一个试探电荷,加以判断和记忆)
比较
等量异种点电荷
等量同种点电荷
连接中点O处的场强大小
中点场强最小(相对于连线其他各点场强最小)
为零
沿中垂线中点(O点)到无限远处,
电场强度逐渐减小(中垂线上中点相对于中垂线其他各点场强最大)
电场强度先变大后变小(因无限远处场强为零),中间某位置必有最大值
沿中垂线中点(O点)关于中点对称处
电场场强大小相等、方向相同
电场场强大小相等、方向相反
3、匀强电场
如果电场中各点电场强度的大小相等,方向相同,这个电场就叫匀强电场。
四、电场线
1、概念:
为了形象地描绘电场,人为地在电场中画出的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都跟该点的场强方向一致(也是正电荷在该点受力产生加速度的方向,负电荷受力方向相反),这些曲线叫电场线。
它是人们研究电场的工具。
2、性质:
(1)电场线起自正电荷(或来自无穷远),终止于电荷(或伸向无穷远);
(2)电场线不相交;
(3)电场线的疏密情况反映电场的强弱,电场线越密场强越强,匀强电场的电场线是距离相等的平行直线;
(4)静电场中电场线不闭合(在变化的电磁场中可以闭合);
(5)电场线是人为引进的,不是客观存在的;
(6)电场线不是电荷运动的轨迹。
运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹,每项迹上每点的切线方向,为该粒子在该点的速度方向。
在力学的学习中我们就已经知道,物体运动速度的方向和它的加速度的方向是两回事,不一定重合。
因此,电场线与运动轨迹不能混为一谈,不能认为电场线就是带电粒子在电场中运动的轨迹。
只有当电荷只受电场力,且带电粒子初速度为零或初速度方向在这条直线上,运动轨迹才和电场线重合。
3、几种典型电场的电场线分布
4、孤立点电荷的电场线
五、电势和电势能
1、静电力做功
(1)特点:
静电力做功与路径无关,只与初、末位置(位移)有关。
(2)计算方法:
①W=qEd,只适用于匀强电场,其中d为沿电场线方向的距离。
或(为线段与电场线的夹角,L为线段的长度)。
②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,即计算时取(计算时q要带正负,若移动过程的始点电势A高于终点电势B,则取正值,反之亦然)。
值的正、负来判断是电场力做功还是克服电场力做功。
由动能定理计算
2、电势差
(1)电荷q在电场中由一点A移到另一点B时,电场力所做的功跟它的电荷量q的比值,叫做A、B两点间的电势差。
电场中A、B两点间的电势差在数值上等于单位正电荷从A点移动到B点过程中电场力所做的功。
即:
(注意,不能说电势差与q成反比,因为电势是由产生电场本身因素所决定的,与运动电荷无关)
(2)电势差是标量,有正负,无方向。
A、B间电势差;
B、A间电势差;
显然。
电势差的值与零电势的选取无关。
在匀强电场中,U=Ed(U为电场中某两点间的电势差,d为这两点在场强方向上的距离)或(为线段与电场线的夹角,L为线段的长度)。
3、电势
(1)如果在电场中选取一个参考点(零电势点),那么电场中某点跟参考点间的电势差,就叫做该点的电势。
电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时,电场力所做的功。
公式
(2)电势是标量,有正负,无方向。
谈到电势时,就必须注明参考点(零势点)的选择。
参考点的位置可以任意选取,当电荷分布在有限区域时,常取无限远处为参考点,而在实际上,常取地球为标准。
一般来说,电势参考点变了,某点的电势数值也随之改变,因此电势具有相对性。
同时,电势是反映电场能的性质的物理量,跟电场强度(反映电场的力的性质)一样,是由电场本身决定的,对确定的电场中的某确定点,一旦参考点选定以后,该点的电势也就确定了。
(3)沿着电场线的方向电势越来越低,逆着电场线的方向,电势越来越高。
若选择无限远处电势为零,则正电荷形成的电场中,空间各点的电势皆大于零;
负电荷形成的电场中空间各点电势皆小于零。
(4)电势的值与零电势的选取有关,通常取离电场无穷远处电势为零;
实际应用中常取大地电势为零。
(5)当存在几个“场源”时,某处合电场的电势等于各“场源”的电场在此处的电势的代数和。
4、电势能
(1)电荷在电场中具有的势能叫做电势能。
严格地讲,电势能属于电场和电荷组成的系统,习惯上称作电荷的电势能。
(2)电势能是相对量,电势能的值与参考点的选取有关。
(3)电势能是标量,有正负,无方向。
(4)电场力对电荷做正功时,电荷的电势能减少;
电场力对电荷做负功时,电荷的电势能增加。
电势能增加或减少的数值等于电场力做功的数值。
电荷在电场中任意两点间移动时,它的电势能的变化量是确定的,因而移动电荷做功的值也是确定的,所以,电场力移动电荷所做的功,与移动的路径无关。
这与重力做功十分相似。
注意:
不论是否有其它力做功,电场力做功总等于电势能的变化。
5、等势面
电场中电势相等的面叫等势面。
它具有如下特点:
(1)等势面一定跟电场线垂直;
(2)电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面;
(3)任意两等势面都不会相交;
(4)电荷在同一待势面上移动,电场力做的功为零;
沿电场线移动电荷,电场力一定做功。
(5)电场强度较大的地方,等差等势面较密;
(6)等势面是人们虚拟出来形象描述电场的工具,不是客观存在的。
(7)几种典型电场的等势面和电场线
6、电势与电场强度的关系
(1)电势反映电场能的特性,电场强度反映电场力的特性。
(2)电势是标量,具有相对性,而电场强度是矢量,不具有相对性。
两者叠加时运算法则不同。
电势的正、负有大小的含义,而电场强度的正、负仅表示方向,并不表示大小。
(3)电势与电场强度的大小没有必然的联系,某点的电势为零,电场强度可不为零,反之亦然。
(4)同一试探电荷在电场强度大处,受到的电场力大,但正电荷在电势高处,电势能才大,而负电荷在电势高处电势能反而小。
(5)电势和电场强度都由电场本身的因素决定的,与试探电荷无关。
(6)判断电势降低的快慢
与两点的距离有关。
7、图象在电场中的应用
(1)v-t图象:
根据v-t图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化),确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况,进而确定电场强度的方向、电势的高低及电势能的变化。
(2)图象:
斜率表示电场强度大小,电场强度为零处,图象存在极值,其切线的斜率为零。
在图象中可以直接判断各点电势的大小,并可根据电势大小关系确定电场强度的方向。
在图象中分析电荷移动时电势能的变化,可用,进而分析的正负,作出判断。
(3)E-x图象:
反映了电场强度随位移变化的规律。
E>
0表示电场线沿x轴正方向;
E<
0表示电场线沿x轴负方向。
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。
重要知识点总结
库仑定律:
(真空中点电荷)。
电场强度:
;
。
电场强度方向与正电荷在该点的受力方向一致,电场线上每点的切线方向沿该点场强的方向。
电势()反映电场能的特性,电场强度反映电场力的特性,电势能()是电荷在电场中具有的势能。
电势和电场强度都由电场本身的因素决定的,与试探电荷无关,而电势能与电荷和电场有关。
电势和电势能是标量,有正负,无方向,具有相对性,而电场强度是矢量。
计算时取(计算时q要带正负,若移动过程的始点电势A高于终点电势B,则取正值,反之亦然)。
电场力做正功值为正的,反之为负的。
在没有外力做功的情况下,动能的增加量等于电势能的减少量。
电场力对电荷做正功(即电场力与电荷的运动方向,帮助电荷运动)时,电荷的电势能减少。
电场线起自正电荷(或来自无穷远),终止于负电荷(或伸向无穷远);
电场线越密场强越强,匀强电场的电场线是距离相等的平行直线;
静电场中电场线不闭合(在变化的电磁场中可以闭合);
电场线不是电荷运动的轨迹。
电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面,沿电场线方向电势逐步降低;
电场线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致(也是正电荷在该点受力产生加速度的方向)。
等势面一定跟电场线垂直。
电势曲线(图像)某点切线的斜率为该点的电场强度的大小,斜率减少,电场强度减少。
电势与电场强度的大小没有必然的联系,某点的电势为零,电场强度可不为零,反之亦然。
六、电容器的电容
1、电容器
(1)构造:
两个彼此绝缘又互相靠近的导
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