高考物理电场知识点整理

2021-01-13 高考物理

  电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。电场这种物质与通常的实物不同,它不是由分子原子所组成,但它是客观存在的,电场具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。电场的力的性质表现为:电场对放入其中的电荷有作用力,这种力称为电场力。电场的能的性质表现为:当电荷在电场中移动时,电场力对电荷作功(这说明电场具有能量)。

  [考点方向]

  1、有关场强E(电场线)、电势(等势面)、W=qU、动能与电势能的比较。

  2、带电粒子在电场中运动情况(加速、偏转类平抛)的比较,运动轨迹和方向(一直向前?往返?)的分析判别。 [联系实际与综合] ①直线加速器②示波器原理③静电除尘与选矿④滚筒式静电分选器⑤复印机与喷墨打印 机⑥静电屏蔽⑦带电体的力学分析(综合平衡、牛顿第二定律、功能、单摆等)⑧带电体在电场和磁场中运动⑨氢原子的核外电子运行

  [电场知识点归纳]

  1.电荷 电荷守恒定律 点电荷

  ⑴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 。带电体电荷量等于元电荷的整数倍(Q=ne)

  ⑵使物体带电也叫起电。使物体带电的方法有三种:①摩擦起电 ②接触带电 ③感应起电。

  ⑶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

  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,物理表达式为 ,其中比例常数 叫静电力常量, 。(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(a)真空,(b)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:(a)始于正电荷 (或无穷远),终止负电荷(或无穷远);(b)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。

  4.电场强度 点电荷的电场Ⅱ

  ⑴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 ,它所受到的电场力 跟它所带电量的比值 叫做这个位置上的电场强度,定义式是 ,场强是矢量,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 的大小,方向是由电场本身决定的,是客观存在的,与放不放检验电荷,以及放入检验电荷的正、负电量的多少均无关,既不能认为 与 成正比,也不能认为 与 成反比。

  点电荷场强的计算式 ( r:源电荷到该位置的距离(m),Q:源电荷的电量(C))

  5.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: ,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 ,若它具有的电势能为 ,则比值 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。

  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 ,公式中的 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

  8.带电粒子在匀强电场中的运动

  1、电场强度E和电势U仅仅由场本身决定,与是否在场中放入电荷 ,以及放入什么样的检验电荷无关。

  而电场力F和电势能 两个量,不仅与电场有关,还与放入场中的检验电荷有关。

  所以E和U属于电场,而 和 属于场和场中的电荷。

  2、一般情况下,带电粒子在电场中的运动轨迹和电场线并不重合,运动轨迹上的一点的切线方向表示速度方向,电场线上一点的切线方向反映正电荷的受力方向。物体的受力方向和运动方向是有区别的。

  只有在电场线为直线的电场中,且电荷由静止开始或初速度方向和电场方向一致并只受电场力作用下运动,在这种特殊情况下粒子的运动轨迹才是沿电力线的。如图所示:

  9.电容器 电容

  (1)两个彼此绝缘,而又互相靠近的导体,就组成了一个电容器。

  (2)电容:表示电容器容纳电荷的本领。

  a 定义式: ,即电容C等于Q与U的比值,不能理解为电容C与Q成正比,与U成反比。一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的,与电容器是否带电及带电多少无关。

  b 决定因素式:如平行板电容器 (不要求应用此式计算)

  (3)对于平行板电容器有关的Q、E、U、C的讨论时要注意两种情况:

  a 保持两板与电源相连,则电容器两极板间的电压U不变

  b 充电后断开电源,则带电量Q不变

  (4)电容的定义式: (定义式)

  (5)C由电容器本身决定。对平行板电容器来说C取决于: (决定式)

  (6)电容器所带电量和两极板上电压的变化常见的有两种基本情况:

  第一种情况:若电容器充电后再将电源断开,则表示电容器的电量Q为一定,此时电容器两极的电势差将随电容的变化而变化。

  第二种情况:若电容器始终和电源接通,则表示电容器两极板的电压V为一定,此时电容器的电量将随电容的变化而变化。

  10.电流 电动势Ⅰ

  (1)形成电流的条件:一是要有自由电荷,二是导体内部存在电场,即导体两端存在电压。

  (2)电流强度:通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值,叫电流强度: 。

  (3)电动势:电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量。

  [学习方法--例题讲解]

  例一:如图所示,一导体球A带有正电荷,当只有它存在时,它在空间P点产生的电场强度的大小为EA,在A球球心与P点连线上有一带负电的点电荷B,当只有它存在时,它在空间P点产生的电场强度的大小为EB,当A、B同时存在时,根据场强叠加原理,P点的场强大小应为 ( )

  A. EB

  B. EA+EB

  C. | EA-EB |

  D. 以上说法都不对

  分析与解:此题考查了求电场强度的几个公式的适用条件,特别要注意公式F=kQq/r2只适用于点电荷,因为导体球A不能视为点电荷,即引入电荷B后,导体球的电荷分布发生变化,所以P点的电场强度无法确定。

  正确答案为:D

  例二:半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电量为+Q的电荷,另一带电量为+q的点电荷放在球心O上,由于对称性,点电荷受力为零,现在球壳上挖去半径为r (r R)的一个小圆孔,则此时置于球心的点电荷所受力的大小为 (已知静电力恒量为k)

  解法一:利用补偿法求解。在球壳上挖一小圆孔,相当于圆孔处放一等量异种电荷,电量为 ,因为挖去小孔前受力平衡,所以挖去后受力即为q与q的库仑力。即,方向由球心指向小孔中心。

  解法二:本题还可以等效为在挖去一小圆孔的关于球心对称的另一侧放一等量同种电荷q,对球心处的q产生的电场力,因q=r2Q/4R2,且它与q是同种电荷,所以,方向仍由球心指向小孔中心。

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