1、用心 爱心 专心高二物理选修 3-1静电场总结一、夯实基础知识（一）电荷及守恒定律1. 电荷守恒定律（1）两种电荷：_和_荷，任何带电体所带电量是基元电荷的_倍。（2）基元电荷 _，质子和电子所带电量等于一个基本电荷的电量。Ce1906.（3）电荷守恒定律：一个与外界无电荷交换的系统，电荷的_守恒。2. 库仑定律（1）内容：_。（2）公式： _， F 叫库仑力或静电力，也叫电场力。它可以是引21rQKF力，也可以是斥力， K 叫静电力常量， _。29/10CmN（3）适用条件：_（带电体的线度远小于电荷间的距离 r 时，带电体的形状和大小对相互作用力的影响可忽略不计时，可看作是点电荷） （这一
2、点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相距多近， r 都等于球心距；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心间距代替 r） 。（二）电场强度1. 电场_周围存在的一种物质。电场是_的，是不以人的意志为转移的，只要电荷存在，在其周围空间就存在电场，电场具有_的性质和_的性质。电场的最基本的性质是_。2. 电场强度定义：_。公式： _，E 与 q、 F_关，取决于_，适用于_电场。qF/用心 爱心 专心其中的 q 为_（以前称为检验电荷） ，是电荷量很_的点电荷（可正可负） 。方向：是_量，规定电场中某点的场强方向跟_在该点所受电场力方向相同。3. 点电荷
3、Q 在真空中产生的电场 _， K 为静电力常量。2rQKE4. 匀强电场在匀强电场中，场强在数值上等于沿_每单位长度上的电势差，即： _。dUE/5. 电场叠加几个电场叠加在同一区域形成的合电场，其场强可用矢量的合成定则（_）进行合成。6. 电场线（1）概念：_。（2）性质： 电场线起始于_电荷（或来自无穷远）终止于_电荷（或伸向无穷远）但不会在没有电荷的地方中断； 电场线的_情况反映电场的强弱，电场线密的地方，场强_； 电场线上某点的_就是该点的场强方向； 电场线空间中不_； 静电场中电场线不_（在变化的电磁场中可以闭合） 电场线是人为引入的，实际上不是客观存在的。（三）电势能和电势、电势差
4、1静电力做功的特点：_。2 电势能（1）定义：_。（2）电场力做功与电势能的关系：在电场中移动电荷时，电场力对电荷做正功，电势能用心 爱心 专心减少；电场力对电荷做负功，电势能增加。电场力做的功等于电势能的变化量，即： _PBAPABEW也就是说，电荷在电场中某点（ A）的电势能，等于静电力（电场力）把它从该点移动到零势能位置（ B）时电场力所做的功。若取 则0PBE（对匀强电场）= （对所有电场）cosABPAqELWABqU（3）特点： 与参考点（零势能位置）选取有关；是电荷与所在电场所共有的3. 电势电荷在电场中某点（ A）的电势能（ ）与它的电荷量（ q）的比值，叫做这一点的电PAE势
5、。用 表示。即 _。电场中电势的高低： _。qP电势零位置的选取与零电势能位置选取相似。4等势面：_。它具有如下特点：（1）电荷在同一等势面上移动，电场力不做功（而电场力做的功为零时，电荷不一定沿等势面移动） ；（2）等势面一定跟电场线_；（3）等差等势面密的地方场强_；（4）任意两等势面都不会_；（5）电场线总是从电势较_的等势面指向电势较_的等势面。5 电势差定义：_，也叫电压。用 表示。ABU即 BAABABAB UU两 者 关 系或 也可这样说，电荷在电场中两点间移动时，电场力所做的功跟电荷电量的比值，叫做这两点间的电势差，也叫电压。用心 爱心 专心即： _，电场中 A、 B 两点间的
6、电势差只取决于 A、 B 两点在电qWUAB/场中的位置，与参考点的选取及被移动的电荷无关， U 跟 W、 q 无关。6电场线、场强、电势、等势面的相互关系。电场线与场强的关系；电场线越密的地方表示_越大，电场线上每一点的 1_表示该点的场强方向。电场线与电势的关系：_； 2电场线与等势面的关系：电场线越密的地方等差等势面也越_，电场线与 3通过该处的等势面_；场强与电势无直接关系：场强大(或小)的地方电势不一定大(或小)，零电势可人为选 4取，而场强是否为零则由电场本身决定；场强与等势面的关系：场强方向与通过该处的等势面_且由_电势指向_电 5势，等差等势面越密的地方表示场强越_。电场中的导
7、体1. 静电感应：电场中的导体内部的自由电子受到电场力作用，将向电场反方向做定向移动，结果使导体两端分别出现正负感应电荷。2. 处于静电平衡状态的导体的特征：（1）内部场强（合场强）处处为零；（2）整个导体是等势体，表面是个等势面；（3）表面上任何一点的场强方向都跟该点表面垂直；（4）净电荷只能分布在导体的外表面上。3. 静电屏蔽：金属网罩（或金属包皮）能把外电场遮住，使内部不受外电场的影响。（四）电容器和电容1. 电容器：_。使电容器带电（或电量增加）的过程叫_电，充电过程是电源的电能转化为电容器中的电场能的过程；用心 爱心 专心使充电后的电容器失去电荷（或电量减少）的过程叫_电，放电过程是
8、电容器中的电场能转化为其它形式的能量的过程。2. 电容（1）定义：_。（2）公式： _，电容在数值上等于使电容器的两极板间的电势差增加 1VUQC/所需的电量，与 Q、 U 无关，只取决于电容器本身。（3）单位：法拉（F） 。 。pFF12601（4）平行板电容器的电容：随两极板间正对面积的增大而增大，随两极板间距离的减小而增大，随两极板间电介质的介电常数的增大而增大。即 _（真空中 ）kdSCr40r（5）接在电路中电容器的两种变化 电容器两端的电压恒定时：电量 Q = CUC，而 C = ，E = S4kd Sd Ud 1d充电后断开电路，电容器带电量 Q 恒定：C ，U ，E Sd dS
9、 1S（五）带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中要受电场力作用，因此要产生加速度。其速度、动能、电势能等都发生变化。设如图示平行金属板距离为 d，极板长度为 L，极板间的电压为 U，现有一电荷量为 q 的带负电的粒子，以水平速度 V0 射入匀强电场中， V0E，则：水平方向（垂直电场方向）：匀速直线运动：得：t=tvL00L竖直方向（沿电场方向）：v 0=0 的匀加速直线运动： FEqUamd21aty得： -侧位移（偏转距离）201vLy用心 爱心 专心偏转角 ：粒子射出电场时垂直于电场方向的速度不变仍为 v0， 而沿电场方向的速度：0vLmdeUatv故电子离开电场时的偏转角 为： 20
10、0tndveL位移夹角： 20tanmdveULlyt2tanLy粒子沿中线垂直射入电场中，离开电场时，好象从电场的中心 0 沿直线射出的。说明穿出时刻的末速度的反向延长线与初速度延长线交点恰好在水平位移的中点。这一点和平抛运动的结论相同。穿越电场过程的动能增量： EK=Eqy （注意，一般来说不等于 qU）示波管的原理（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管（2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图） 。电子枪：产生高速飞行的一束电子。偏转电极：XX 使电子束水平偏移（加扫描电压） YY使电子束竖直偏移（加信号电压）荧光屏：显示电子束偏移形成的波形。
11、荧光屏上的侧移:U L dv0m，qyvt用心 爱心 专心y/=y+L/tan = (L/+ )= tan (L/+ )20mdvLUe2L（3）原理：利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等，灵敏、直观地显示出电信号随间变化的图线。二. 重、难点突破：1. 两点电荷间的相互作用力大小总是相等，即遵守牛顿第_定律。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。例如：半径均为 r 的金属球如图 1 所示放置，使两球的边缘相距为r，今使两球带上等量的异种电荷 Q，设两电荷 Q 间的库仑力大小为 F，比较 F 与 的大小关系。显然，如
12、果电荷能全部集中在球心处，则二者相等。但依题设2)3(rQK条件，两球心间距离 3r 不是远远大于 r，故不能把两带电球当作点电荷处理。实际上，由于异种电荷的相互吸引，使电荷分布在两球较靠近的球面处，这样两部分电荷的距离小于 3r，故 ，同理，若两球带现种电荷 Q，则 。 2)3(rQKF 2)3(rKF2. 正 确 理 解 用 比 值 定 义 的 物 理 量 ， 如 电 场 强 度 ， 电 势 差 ， 电 容 器 的 电 容qEqWU， 用 这 些 比 值 仅 仅 能 测 量 出 电 场 强 度 E、 电 势 差 U、 电 容 C， 作 为 一 个 量 度 式 ， E 跟UCF、 q， U
13、跟 W、 q， C 跟 Q、 U 无 关 。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。带电粒子在电场中的运动轨道是由带电粒子受到的合外力情况和初速度情况来决定。3. 注意电势和电势差的区别与联系（1）区别：电场中某点的电势与零电势点的选取有关（一般取无限远处或地球为零电势用心 爱心 专心点） 。而电场中两点间的电势差与零电势点的选取无关。（2）联系：电场中某点的电势等于该点与零电势点间的电势差；而某两点的电势差等于这两点的电势的差值，即 。BABU4. 应用电场力做功的计算公式 时，有两种方法：qW（1）三个量都取绝对值，先计算出功的数值，然后再根据电场
14、力的方向与电荷移动位移方向间的夹角确定是电场力做功，还是克服电场力做功。（2）代入符号使用，将公式写成 ，特别是在比较 A、 B 两点电势高低时更ABqU为方便：先计算 ，若 ，即 ，则 ；若 ，qWUAB/0AB00ABU即 ，则 。0BA例 如图所示， a、 b、 c 是一条电场线上的三个点，电场线方向由 a 到 c， a、 b 间的距离等于 b、 c 间的距离。用 和 分别表示 a、 b、 c 三点的电势和电场强cb、 cbaE、度，可以断定（ ）A. B. C. D. cbacbaEcbacbaE分析：根据电场线的方向可判定电势的高低，确定 场强的大小是根据 电场线的密度，而 题干中引
15、用了“可以断定” 的字样，对于“断定”或“ 一定”的说法，只要举一个反例，即可否定它；反之如果用的是“可能” 的说法，只要能举出一个正例，就是 “可能”的。解答：根据沿电场线方向电势逐渐降低可判定（A ）正确。若此电场线是负点电荷产生的（点电荷在 C 的右边）， 则可判定 B、C、D 错误。说明：（1） 只画出一条电场线，不能比 较各点的场强大小；（ 2） 对于题干含有“可以断定”或“一定”或“可能”字 样的选择题，采用特例法较好。5. 带电粒子在电场中的运动用心 爱心 专心（1）带电粒子在电场中的运动，综合了静电场和力学知识，分析方法和力学的分析方法基本相同：先分析受力情况，再根据初始状态分
16、析粒子的运动性质（平衡、加速或减速，是直线还是曲线，是类平抛运动，还是圆周运动等） ，然后选用恰当的规律解题。（2）在对带电粒子进行受力分析时，要注意两点： 要掌握电场力的特点，如电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关，还与带电粒子的电量和电性有关；在匀强电场中，同一带电粒子所受的电场力处处是恒力；在非匀强电场中，同一带电粒子在不同位置所受的电场力不同。 是否考虑重力要依据具体情况而定：a. 基本粒子：如电子、质子、氘核、氚核、 粒子、离子等，一般都不考虑重力（但并不忽略质量） 。b. 带电微粒：如液滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。（3）带电粒子的速度大小
17、发生变化的过程是其他形式的能与动能之间的转化过程，解决这类问题，是恒力作用时，可用牛顿运动定律和运动学公式；而普通适用的是动能定理和能量守恒定律。如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的正功还是负功？是恒力做功还是变力做功？若电场力是变力，则电场力的功必须写成 ，找出初、末状态的动能增量。ABqUW如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在变化？怎样变化（是增加还减小）？能量守恒的表达形式有： 初态和末态的总能量相等，即 ；末初 E 某些形式的能量减少一定等于其它形式的能量增加，即 ；增减 E各种形式的能量的增量（ ）的代数和为零，即初末 110.21E用心 爱心 专心（4）带电粒子在匀强
18、电场中的偏转：如果带电粒子以初速度 垂直于场强方向射入匀强电场，不计重力，粒子做类似平抛运0v动，分析时，一般采用力学中分析平抛运动的方法：把运动分解为垂直于电场方向上的一个分运动匀速直线运动： ；另一个是平行于场强方向上的分运动匀tvxvx00,加速运动， ，粒子的偏转角为 ，根20)(1,mdqUyatmdqUay dmvqUxxy20tan据已知条件的不同，有时采用动能定理或能量转化和守恒定律也很方便。例 如图所示，在真空中倾斜放置有等量异种电荷的平行金属板，一带电 、质量 的带电体沿水平方向飞入电场，Cq4102gm1经 A 点时速度 ，经 0.02s 后回到 A 点，求：（1）板间的sv/.电场强度 E；（2）金属板与水平方向的夹角 。分析：由于粒子能返回 A 点，故粒子做直线运动，且其合外力方向跟初速度方向相反，根据粒子的运动情况，可用运动学公式求出粒子的加速度，而粒子的受力情况是：重力 G、电场力 ，Eq利用力的合成和牛顿第二定律就可求得场强 E，再根据力的图示可求出 。解答：粒子的运动轨迹应为直线，其受力分析如 图所示，由于所受重力 和电场力 保mg持不变，故其合外力不变，粒子做类竖直上抛运动，由类竖直上抛运动的对称性可得，即 ，得 。20tav01.a)/(2sm利用牛顿第二定律得： F由图可得： 22)()gEq
