物理选修3-1第一章静电场知识点总结 (2).ppt

物理物理选修修3-1第一章静第一章静电场知知识点点总结1.2 库仑定律库仑定律 1 1、内容：、内容：2 2、表达式：、表达式：q1q2+rFFk k 叫静电力常量叫静电力常量 :3 3、适用范围：、适用范围：真空（空气中近似）真空（空气中近似）静止点电荷（理想化模型）静止点电荷（理想化模型）r r：球心间距：球心间距4 4、说明：库仑力是矢量、说明：库仑力是矢量 大小：代入大小：代入q q1 1q q2 2的绝对值计算的绝对值计算 方向：同斥异吸方向：同斥异吸1.3电场强度电场强度一、电场一、电场1.1.电场是客观存在的电场是客观存在的特殊物质特殊物质。2.2.电场的基本性质是电场的基本性质是对放入其对放入其中的电荷有力的作用中的电荷有力的作用(电场力电场力)。1.3电场强度电场强度场强的定义式，场强的定义式，适用任何电场适用任何电场 唯一性：唯一性：电场中某点的场强是确定的电场中某点的场强是确定的场强的决定式，场强的决定式，适用真空中点电荷适用真空中点电荷二、电场强度二、电场强度方向性方向性：正试探电荷的受力方向正试探电荷的受力方向三、场强的叠加原理：三、场强的叠加原理：遵循平行四边形定则遵循平行四边形定则1.3电场强度电场强度四、电场线四、电场线（假想的线）（假想的线）1.起于正电荷（无穷远处），终于负电荷（无穷远处）起于正电荷（无穷远处），终于负电荷（无穷远处）2.不闭合，不相交。不闭合，不相交。3.3.疏密表示场强大小，切线方向表示场强方向。疏密表示场强大小，切线方向表示场强方向。疏密表示场强大小，切线方向表示场强方向。疏密表示场强大小，切线方向表示场强方向。若电场线是直线，电场线方向就是场强方向。若电场线是直线，电场线方向就是场强方向。若电场线是直线，电场线方向就是场强方向。若电场线是直线，电场线方向就是场强方向。.丙丙丙丙3.3.由中点至无穷远处，由中点至无穷远处，逐渐减小逐渐减小2 2.大小相等，方向相大小相等，方向相同都与中垂线垂直由同都与中垂线垂直由正电荷指向负电荷正电荷指向负电荷1 1.最大最大3 3.先减小后增大先减小后增大2 2.大小相等大小相等,方向相同方向相同,都由正电荷指向负电都由正电荷指向负电 荷荷1 1.最小不为零最小不为零分析分析:1.:1.中点处中点处.2.2.关于中点的对称点关于中点的对称点.3.3.递变规律递变规律.分析分析:1.:1.中点处中点处.2.2.关于中点的对称点关于中点的对称点.3.3.递变规律递变规律1.1.场强为零场强为零2 2.大小相等，方向相反大小相等，方向相反 指向中点指向中点o（背向中点背向中点o）3.3.先减小再增大先减小再增大1.1.场强为零场强为零2 2.大小相等，方向相反大小相等，方向相反,都都沿中垂线远离沿中垂线远离o(o(指向指向o o)3.3.由中点至无穷远处场强先由中点至无穷远处场强先增大后减小至零，必有一增大后减小至零，必有一个位置场强最大。个位置场强最大。o1.4 1.4 1.4 1.4 电势能和电势电势能和电势电势能和电势电势能和电势 将电荷将电荷q q从从A A沿任何路径移至沿任何路径移至B B，静电力做功相同静电力做功相同EB+MAFq+WAB=qE|AM|结论结论：静电力做功与：静电力做功与路径路径无关无关,由由初末初末位置来决定位置来决定.电场力做功的过程是电势能电场力做功的过程是电势能转化的过程。转化的过程。1 1、定义：电荷在电场中具有的势能。、定义：电荷在电场中具有的势能。3 3、相对性：大地或无穷远为电势能零点。、相对性：大地或无穷远为电势能零点。2、静电力做的功等于电势能的减少量。、静电力做的功等于电势能的减少量。（E Ep p）标量）标量EpAFAB+FEEB电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小电场力对电荷做负功，电荷的电势能增加电场力对电荷做负功，电荷的电势能增加、下列说法中正确的是（、下列说法中正确的是（）A.A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大B.B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大C.C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小电势能减小D.D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。电势能增大。ABCABC、一个电荷、一个电荷只在电场力作用下只在电场力作用下从电场中的从电场中的A A点移到点移到B B点时，电场力做了点时，电场力做了5105106 6J J的功，则的功，则()()A A电荷在电荷在B B处时将具有处时将具有5105106 6J J 的电势能的电势能B B电荷在电荷在B B处将具有处将具有5105106 6J J 的动能的动能C C电荷的电势能减少了电荷的电势能减少了5105106 6J J D D电荷的动能增加了电荷的动能增加了5105106 6J J CDCD3 3、如图所示、如图所示,在等量正点电荷形成的电场中在等量正点电荷形成的电场中,它们它们连线的中垂面连线的中垂面abab上上,有一电子有一电子,从静止开始由从静止开始由a a运动到运动到b b的过程中的过程中(a(a、b b相对相对o o对称对称),),下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.电子的电势能始终增多电子的电势能始终增多B.B.电子的电势能始终减少电子的电势能始终减少C.C.电子的电势能先减少后增加电子的电势能先减少后增加D.D.电子的电势能先增加后减少电子的电势能先增加后减少COab+-4 4、一带电油滴在竖直方向的匀强电场中的运、一带电油滴在竖直方向的匀强电场中的运动轨迹如图虚线所示动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下电场方向竖直向下.若不计空若不计空气阻力气阻力,则此带电油滴从则此带电油滴从a运动到运动到b b的过程中的过程中,能量变能量变化情况为化情况为()()A.A.动能减小动能减小B.B.电势能增加电势能增加C.C.动能和电势能之和减少动能和电势能之和减少D.D.重力势能和电势能之和增加重力势能和电势能之和增加EabCF电电GF合合电荷在电场中某一点的电势能与电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值。它的电荷量的比值。1.1.定义定义:2.2.公式公式:(计算时要代入正负号计算时要代入正负号)电场中某点的电势大小是由电场本身的性质电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的，与放不放电荷及放什么电荷无关。决定的，与放不放电荷及放什么电荷无关。3.3.标量，正负表大小。标量，正负表大小。一般选无穷远或大地电势为零。一般选无穷远或大地电势为零。4.4.沿电场线沿电场线(场强场强)方向电势降低。方向电势降低。5 5、如果把、如果把q=1.010q=1.010-8-8C C的电荷从无穷远处移至电场中的电荷从无穷远处移至电场中的的A A点，需克服电场力做功点，需克服电场力做功W=1.210W=1.210-4-4J.J.那么那么 q q在在A A点的电势能和在点的电势能和在A A点的电势各是多少？点的电势各是多少？q q未移入电场前未移入电场前A A点的电势是多少点的电势是多少？6 6、如图所示，电场中有、如图所示，电场中有A A、B B两点，则下列说法两点，则下列说法中正确的是（中正确的是（）A A、电势、电势A A B B 场强场强E EA AEEB BB B、电势、电势A A B B 场强场强E EA AEEEpBpBA AB BE EBC结论：正电荷沿电场线方向结论：正电荷沿电场线方向电势能减少，负电荷沿电场电势能减少，负电荷沿电场线方向电势能增加。线方向电势能增加。7、关于电势与电势能的说法正确的是关于电势与电势能的说法正确的是A电荷在电场中电势高的地方电势能大电荷在电场中电势高的地方电势能大B在电场中的某点，电量大的电荷具有的电势能比电量在电场中的某点，电量大的电荷具有的电势能比电量小的电荷具有的电势能大小的电荷具有的电势能大C正电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷正电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能大具有的电势能大D负电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷负电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能小具有的电势能小解析：解析：正电荷在电势高处的电势能比电势低处的电势能大正电荷在电势高处的电势能比电势低处的电势能大,负电荷则反之负电荷则反之,所以所以A A错错 当具有电势为正值时当具有电势为正值时,电量大的电电量大的电荷具有的电势能大于电量小的电荷具有的电势能荷具有的电势能大于电量小的电荷具有的电势能,当电势当电势为负值为负值,恰好相反恰好相反,所以所以B B错错 正电荷形成的电场中正电荷形成的电场中,电势为电势为正值正值,这样电势与正电荷的电量来积为正值这样电势与正电荷的电量来积为正值,而负电荷在正而负电荷在正电荷形成的电场中电势能为负值电荷形成的电场中电势能为负值,因此因此C C正确正确 负电荷形成负电荷形成的电场中的电场中,电势为负值电势为负值,因而正电荷具有的电势能为负值因而正电荷具有的电势能为负值,负电行具有的电势能为正值负电行具有的电势能为正值,所以所以D D正确正确 E+2 2、几种常见的等势面、几种常见的等势面1 1、定义：、定义：电场中电势相同的各点构成的面电场中电势相同的各点构成的面等势面的特点：等势面的特点：5.5.沿电场线方向电势降低最快。沿电场线方向电势降低最快。1.1.同一等势面上各点电势相等。同一等势面上各点电势相等。2.2.在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。3.3.电场线跟等势面垂直，且由电势高的等势电场线跟等势面垂直，且由电势高的等势面指向电势低的等势面。面指向电势低的等势面。4.4.不同等势面不相交。不同等势面不相交。20 15 1020 15 10ACB等差等势面：相等差等势面：相邻的等势面间电邻的等势面间电势之差相等。势之差相等。6.6.等差等势面越密，场强越大。等差等势面越密，场强越大。8 8、关于等势面，正确的说法是（、关于等势面，正确的说法是（）A A电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功功B B等势面上各点的场强大小相等等势面上各点的场强大小相等C C等势面一定跟电场线垂直等势面一定跟电场线垂直D D两等势面不能相交两等势面不能相交CDCD1.5 电势差电势差一、电势差与电势的关系：一、电势差与电势的关系：电势差：电势差：电场中两点的电势之差,也叫电压。则有或者表示成显然设电场中A点的电势为，B点的电势为二、静电力做功与电势差的关系：二、静电力做功与电势差的关系：；即或 电荷q从电场中A点移到B点：ABWAB=-1.510-5 J电场中电场中A、B两点的电势是两点的电势是A=800V，B=-200V，把电荷，把电荷q=-1.510-8C由由A点移到点移到B点点,电场力做了多少功电场力做了多少功?电势能变化多少电势能变化多少?电势能增加电势能增加,增加增加1.510-5J求电场力做功的方法：(1)利用功的定义求解利用功的定义求解 在在匀强电场中匀强电场中，WABqEd，其中，其中d为电荷沿为电荷沿电场线方向的位移电场线方向的位移(2)利用静电力做功与电势能变化量的关系求解利用静电力做功与电势能变化量的关系求解 WABEpAEpB(3)利用电势差与静电力做功的关系求解利用电势差与静电力做功的关系求解 WABqUAB(4)利用动能定理求解利用动能定理求解 W电电Ek2Ek1(仅有电场力做功时仅有电场力做功时)W电电+W其它其它Ek2Ek1 9、将一电量为将一电量为2108C的点电荷的点电荷,从零电势从零电势S点移到电点移到电场中的场中的M点点,克服电场力做功克服电场力做功4108J,则则UM=；若将；若将该电荷从该电荷从M点移到点移到N点点,电场力做功电场力做功14108J,则则N点电势点电势UN ；M、N两点电势差为两点电势差为 解析：解析：U UM M=W/q=410=W/q=4108 8/210/2108 8=2V=2V由于是负电荷克服由于是负电荷克服电场力做功，所以是顺着电场线移动，电场力做功，所以是顺着电场线移动，M M点电势为负所点电势为负所以以U UM M=2V2VU UN N=1410=14108 8/210/2108 87V7V 由于是电场力做功，所以负电荷是逆着电场线方向移动，由于是电场力做功，所以负电荷是逆着电场线方向移动，N N点电势比点电势比M M点电势高点电势高7V7V，这样，这样N N点电势比点电势比S S点高点高5V5V，所以，所以 5V5V 说明：说明：求某点电势可先求出电势差，然后根据电势差和求某点电势可先求出电势差，然后根据电势差和电场力做功情况再求出该点电势电场力做功情况再求出该点电势应牢记：电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，应牢记：电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加电势能增加EWAB=qUABWAB=Fd=qEdUAB=EdEWAB=FLcos=qEdWAB=qUABUAB=Ed UAB=Ed 即：即：匀强电场匀强电场中两点间的电势差等于电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点强度与这两点沿电场方向的距离沿电场方向的距离的乘积。的乘积。规律方法规律方法2.公式公式E=U/d的理解与应用的理解与应用(1)(1)公式公式E=U/dE=U/d反映了电场强度与电势差之间的关系，由公反映了电场强度与电势差之间的关系，由公式可知，电场强度的方向就是电势降低最快的方向式可知，电场强度的方向就是电势降低最快的方向 (2)(2)公式公式E=U/dE=U/d只适用于匀强电场，且只适用于匀强电场，且d d表示沿电场线方向表示沿电场线方向两点间的距离，或两点所在等势面的范离两点间的距离，或两点所在等势面的范离(3)(3)对非匀强电场，此公式也可用来定性分析，但非匀强对非匀强电场，此公式也可用来定性分析，但非匀强电场中，各相邻等势面的电势差为一定值时，那么电场中，各相邻等势面的电势差为一定值时，那么E E越大越大处，处，d d越小，即等势面越密越小，即等势面越密ABCD1010、如图所示，、如图所示，A A、B B、C C、D D是匀强电场是匀强电场中一正方形的四个顶点，已知中一正方形的四个顶点，已知A A、B B、C C三点的电势分别为三点的电势分别为A A=15 V,=15 V,B B=3 V,=3 V,C C=3 V3 V，由此可得，由此可得D D点电势点电势D D=9v 9v 。1.7 1.7 静电现象的应用静电现象的应用发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场电场E E和原电场（外加电场）和原电场（外加电场）E E0 0在导体内叠在导体内叠加为零，即加为零，即E=EE=E0 0时，自由电子停止定向移动，时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。这时导体所处的状态叫静电平衡状态。E0EE0E合合=01 1、静电平衡状态：导体中（包括表面）没有、静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态。电荷定向移动的状态。一、静电平衡状态下导体的电场一、静电平衡状态下导体的电场2 2、处于静电平衡的导体特点：、处于静电平衡的导体特点：（1 1）导体内部场强处处为零（）导体内部场强处处为零（E E内合内合=0=0）。）。（2 2）导体外表面上任何一点的场强方向跟）导体外表面上任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。该点的表面垂直。（即电场线垂直（即电场线垂直导体的外表面）导体的外表面）+-E（3 3）整个导体是等势体，表面是等势面。）整个导体是等势体，表面是等势面。W=qU=01.8 1.8 电容器的电容电容器的电容一、电容：一、电容：2 2、定义式：、定义式：1 1、物理意义：反映电容器容纳电荷本领、物理意义：反映电容器容纳电荷本领大小的物理量。大小的物理量。3 3、单位：、单位：法拉（法拉（F）常用：微法（常用：微法（FF）皮法（皮法（pFpF）1F=10 1F=10-6-6F 1 pF=10F 1 pF=10-12-12F F r r：相对介电常数；：相对介电常数；k=9.010k=9.0109 9NmNm2 2/C/C2 2S S：两极板的正对面积，：两极板的正对面积，d d：极板间距：极板间距二、平行板电容器的电容：二、平行板电容器的电容：决定式：决定式：3 3、平行板电容器的动态分析、平行板电容器的动态分析（1 1）电容器与电源相连：）电容器与电源相连：U U不变。不变。（2 2）电容器充电后与电源断开）电容器充电后与电源断开：Q Q不变。不变。两种基本情况：两种基本情况：三个依据：三个依据：知识简析知识简析 【例例4 4】两个较大的平行金属板两个较大的平行金属板A A、B B相距为相距为d,d,分别接在电压为分别接在电压为U U的电源正、负极上的电源正、负极上,这时质量为这时质量为m,m,带电带电量为量为q q的油滴恰好静止在两极之间的油滴恰好静止在两极之间,如图所示如图所示,在其它条在其它条件不变的情况下件不变的情况下,如果将两极非常缓慢地错开一些如果将两极非常缓慢地错开一些,那么在那么在错开的过程中（错开的过程中（）A A油滴将向上加速运动，电流计中电流从油滴将向上加速运动，电流计中电流从b b流向流向a a。B B油滴将向下加速运动，电流计中的电流从油滴将向下加速运动，电流计中的电流从a a流向流向b b。C C油滴静止不动，电流计中的电流从油滴静止不动，电流计中的电流从b b流向流向a a。D D油滴静止不动，电流计中的电流从油滴静止不动，电流计中的电流从a a流向流向b b。解析解析:电容器接在电源的正、负极上没有电容器接在电源的正、负极上没有断开断开,则电容器两端的电压不变则电容器两端的电压不变,两极板间两极板间的距离不变的距离不变,则场强不变则场强不变,油滴受力情况不油滴受力情况不变变,油滴静止不动油滴静止不动.在电容器两极板错开的在电容器两极板错开的过程中过程中,电容器的电容是减小的电容器的电容是减小的,由由C Cq qU U可可知知,U,U不变时不变时,Q,Q是减小的是减小的,则电容器的带电量减小，有电荷则电容器的带电量减小，有电荷流向电源流向电源,是放电电流是放电电流,方向由方向由a a到到b.b.D D正确正确 规律方法规律方法 【例例1010】平行板电容器充电后与电源断开平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地，在负极板接地，在两极板间有一正电荷两极板间有一正电荷(电量很小电量很小)固定在固定在P P点点,如图所示如图所示,以以E E表示两极板间的电场强表示两极板间的电场强度度,U,U表示电容器两极间的电压；表示电容器两极间的电压；W W表示正电荷在表示正电荷在P P点的电势能点的电势能.若保持负极板不动若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示的位置将正极板移到图中虚线所示的位置,则（则（）A AU U变小，变小，E E不变；不变；B BE E变大，变大，W W变大；变大；C CU U变小，变小，W W不变；不变；D DU U不变，不变，W W不变；不变；解析：解析：由极板间距离减小，知电容由极板间距离减小，知电容C C增大；增大；由充电后与电源断开，知带电量由充电后与电源断开，知带电量Q Q不变；由不变；由U UQ/CQ/C可得极可得极板间电压板间电压U U减小根据减小根据 和和U=Q/CU=Q/C得得 再由再由E=U/dE=U/d得得 即即E E由由Q/SQ/S决定而决定而Q Q及及S S都不变，所都不变，所以以E E不变不变 因为因为E E不变，不变，P P点与负极板间的距离不变，所以可知点与负极板间的距离不变，所以可知 P P与负与负极板间的电压不变，即极板间的电压不变，即 P P点的电势点的电势UpUp不变，那么正电荷的不变，那么正电荷的电势能电势能 W WqUp qUp 就不变就不变 答案：答案：AC （由上面的等式可以看出，在板间电介质不变的（由上面的等式可以看出，在板间电介质不变的情况下情况下E E由由Q/S-Q/S-正对面积上的电荷密度决定正对面积上的电荷密度决定)J2459J2459学生示波器学生示波器阴极射线管结构示意图阴极射线管结构示意图电场中的带电粒子分类：电场中的带电粒子分类：1、基本粒子：如电子，质子，、基本粒子：如电子，质子，粒子，离子等。粒子，离子等。这这些粒子所受重力和电场力相比小得多，一般些粒子所受重力和电场力相比小得多，一般重力可重力可忽略。忽略。（但并不能忽略质量）（但并不能忽略质量）2、带电微粒：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等。、带电微粒：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等。除有说明或暗示外除有说明或暗示外,一般重力不可忽略。一般重力不可忽略。+-v+U1U2v0 L L-qm-带电粒子的加速和偏转带电粒子的加速和偏转类平抛类平抛运动运动F加速电场加速电场U1:偏转电场偏转电场U2:+-vv0vy+U1U2v0 L L-qmy-带电粒子的加速和偏转带电粒子的加速和偏转F偏转电场偏转电场U2:加速电场加速电场加速电场加速电场U1:规律方法规律方法 【例例4 4】一带电粒子从静止经加速一带电粒子从静止经加速电压电压U U1 1的加速电场加速后进入板间距离为的加速电场加速后进入板间距离为d d，板间，板间电势差为电势差为U U2 2的偏转电场，当它飞出偏转电场时，的偏转电场，当它飞出偏转电场时，偏转角为偏转角为，要使偏转角，要使偏转角增大，则需要（增大，则需要（）A A使粒子的荷质比使粒子的荷质比（q/m）变大变大B B其它条件不变，只使其它条件不变，只使U U1 1变大变大 C C其它条件不变，只使其它条件不变，只使U U2 2变大变大 D D其它条件不变，只使其它条件不变，只使d d变大变大解析：解析：U U1 1q=q=mvmv0 02 2 tan=vtan=vy y/v/v0 0=(qU=(qU2 2/dm)(L/v/dm)(L/v0 0)/v)/v0 0=qU=qU2 2L/mdvL/mdv0 02 2得得tan=Utan=U2 2L/2dUL/2dU1 1,即偏转角与即偏转角与m与与q无关无关所以所以A A错错B B错，错，C C对，对，D D错错 谢谢大家！结结 语语