2022年高中物理竞赛静电场基本知识 .pdf

高中物理竞赛静电场基本知识一、电场强度1、实验定律a、库仑定律内容；条件：点电荷，真空，点电荷静止或相对静止。事实上，条件和均不能视为对库仑定律的限制， 因为叠加原理可以将点电荷之间的静电力应用到一般带电体， 非真空介质可以通过介电常数将k 进行修正（如果介质分布是均匀和“充分宽广”的，一般认为k= k / r） 。只有条件，它才是静电学的基本前提和出发点（但这一点又是常常被忽视和被不恰当地“综合应用”的）。b、电荷守恒定律c、叠加原理2、电场强度a、电场强度的定义电场的概念； 试探电荷（检验电荷）；定义意味着一种适用于任何电场的对电场的检测手段；电场线是抽象而直观地描述电场有效工具（电场线的基本属性） 。b、不同电场中场强的计算决定电场强弱的因素有两个： 场源（带电量和带电体的形状） 和空间位置。这可以从不同电场的场强决定式看出点电荷： E = k2rQ结合点电荷的场强和叠加原理，我们可以求出任何电场的场强，如均匀带电环，垂直环面轴线上的某点P：E = 2322)Rr (kQr，其中 r 和 R的意义见图 7-1。均匀带电球壳内部： E内 = 0 外部： E外 = k2rQ，其中 r 指考察点到球心的距离如果球壳是有厚度的的（内径R1、外径 R2） ，在壳体中（R1r R2） ：E = 2313rRrk34，其中为电荷体密度。这个式子的物理意义可以参照万有引力定律当中（条件部分） 的“剥皮法则”理解)Rr (3433即为图 7-2 中虚线以内部分的总电量 。无限长均匀带电直线（电荷线密度为）：E = rk2无限大均匀带电平面（电荷面密度为）：E = 2 k二、电势名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 1、电势：把一电荷从 P点移到参考点 P0时电场力所做的功W与该电荷电量 q的比值，即U = qW参考点即电势为零的点，通常取无穷远或大地为参考点。和场强一样，电势是属于场本身的物理量。W则为电荷的电势能。2、典型电场的电势a、点电荷以无穷远为参考点， U = krQb、均匀带电球壳以无穷远为参考点， U外 = krQ，U内 = kRQ3、电势的叠加由于电势的是标量，所以电势的叠加服从代数加法。很显然，有了点电荷电势的表达式和叠加原理，我们可以求出任何电场的电势分布。4、电场力对电荷做功WAB = q （UA UB）= qUAB三、静电场中的导体静电感应静电平衡（狭义和广义）静电屏蔽1、静电平衡的特征可以总结为以下三层含义a、导体内部的合场强为零；表面的合场强不为零且一般各处不等， 表面的合场强方向总是垂直导体表面。b、导体是等势体，表面是等势面。c、导体内部没有净电荷； 孤立导体的净电荷在表面的分布情况取决于导体表面的曲率。2、静电屏蔽导体壳（网罩）不接地时，可以实现外部对内部的屏蔽，但不能实现内部对外部的屏蔽；导体壳（网罩）接地后，既可实现外部对内部的屏蔽，也可实现内部对外部的屏蔽。四、电容1、电容器孤立导体电容器一般电容器2、电容a、定义式 C = UQb、决定式。决定电容器电容的因素是：导体的形状和位置关系、绝缘介质的种类，所以不同电容器有不同的电容平行板电容器 C = kd4Sr = dS，其中为绝对介电常数（真空中0 = k41，其它介质中 = k41） ，r则为相对介电常数，r = 0。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 柱形电容器： C = 12rRRlnk2L球形电容器： C = )RR(kRR1221r3、电容器的连接a、串联C1 = 1C1+2C1+3C1+ +nC1b、并联 C = C1 + C2 + C3 + + Cn4、电容器的能量用图 7-3 表征电容器的充电过程， “搬运”电荷做功W就是图中阴影的面积，这也就是电容器的储能E ，所以E = 21q0U0 = 21C20U = 21Cq20电场的能量。电容器储存的能量究竟是属于电荷还是属于电场？正确答案是后者，因此，我们可以将电容器的能量用场强 E表示。对平行板电容器 E总 = k8SdE2认为电场能均匀分布在电场中， 则单位体积的电场储能 w = k81E2。 而且，这以结论适用于非匀强电场。五、电介质的极化1、电介质的极化a、电介质分为两类： 无极分子和有极分子， 前者是指在没有外电场时每个分子的正、负电荷“重心”彼此重合（如气态的H2、O2、N2和 CO2） ，后者则反之（如气态的 H2O 、SO2和液态的水硝基笨）b、电介质的极化：当介质中存在外电场时，无极分子会变为有极分子，有极分子会由原来的杂乱排列变成规则排列，如图7-4 所示。2、束缚电荷、自由电荷、极化电荷与宏观过剩电荷a、束缚电荷与自由电荷：在图7-4中， 电介质左右两端分别显现负电和正电，但这些电荷并不能自由移动， 因此称为束缚电荷，除了电介质，导体中的原子核和内层电子也是束缚电荷；反之，能够自由移动的电荷称为自由电荷。事实上，导体中存在束缚电荷与自由电荷， 绝缘体中也存在束缚电荷和自由电荷，只是它们的比例差异较大而已。b、极化电荷是更严格意义上的束缚电荷，就是指图 7-4 中电介质两端显现的电荷。 而宏观过剩电荷是相对极化电荷来说的，它是指可以自由移动的净电荷。宏观过剩电荷与极化电荷的重要区别是： 前者能够用来冲放电， 也能用仪表测量，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 但后者却不能。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -