物理电学相关知识点归纳及例题详解-99568.pdf

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1、1/61准备知识要点：熟练掌握电势概念，会计算电势差，知道电场强度概念和计算方法。2本阶段知识要点：理解匀强电场中电势差与电场强度的定性、定量关系 能够熟练应 用 解决有关问题知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态，理解静 电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零、对于公式 要知道推导 过程通过对匀强电场中电势差和电场强度的定性、定量关系的学习，培养学生的分析、解决问题的能力 3拓展知识要点：知道静电屏蔽及其应用，会区分静电平衡和静电屏蔽。（一）电势差与电场强度的关系 1匀强电场中电势差和电场强度的关系：沿场强方向的两点间的电势差Uab 等于场强).(.d U E d E U

2、 ab ab =或 和这两点距离的乘积 注意：（1）公式适用条件：匀强电场：（2）d 必须是沿场强方向的距离，即为 a、b 两点所在的等势面的垂直距离，而不是两点 间距离，Uab是两点间的电势差而不是电势.方向每单位长度 场强的大小等于沿场强 在匀强电场中 表明 公式,:.2 d U E =上的 电势差.3电场强度的单位：v/m，或 N/C.4电场强度 E 物理意义的另一表述：电场强度 E的方向是电势降落最快的方向.电场强度 E 的大小描述沿电场线方向电势降落的快慢.5电势差U 与场强 E 在数值上没有直接关系.E 大时只说明沿电场线方向 U变化的快，E 小时只说明沿电场线方向 U变化的慢.U

3、 可 大，可小，甚至可以为零.（二）静电场中的导体.1金属导体的特征：由做热振动的正离子和做 无规则热运动的自由电子 组成 2静电平衡状态：导体内 部和表面，都没有电荷定 向移动的状态叫做静电平 衡状态.2/6分析：将导体放在静电场中时,导体中的自由电子在电场力的作用下将逆着电场方向移动,从 而使导体上的电荷重新分布,一些区域出现负电荷而另一些地方出现等量正电荷,发生静电感 应现象.导体在外电场 E0 中发生静电感应产生的感应电荷也要激发电场,这个场强 E与外电场 的场强 E0 方向相反,因此总场强 E=E0+E将减小.但只要 E0E 即 E0 自由电子就将继续定 向移动,E不断增大,直至达到

4、导体内总场强 E=0,自由电子定向移动停止,如图所示.我们把这 种电荷没有宏观运动的状态叫静电平衡状态.由此可见,导体静电平衡条件就是导体内任意一 点的场强都为零,因为只要那一点的 Ei0,则导体内部的自由电子就会产生定向移动,就没有 达到平衡.2处于静电平衡态下的特征：（1）导体内部的电场强度处处为零，电场线在导体内部中断.（2）整个导体是一个等势体，其外表面为等势面.（3）在导体外表面电场线与外表面垂直，外表面的电场强度不为零.（4）处于静电平衡的带电导体，净电荷分布在导体的外表面.3静电平衡下导体的电荷分布（1）静电平衡的带电导体，净电荷分布在导体的外表面.（2）在导体表面越尖锐的位置、

5、电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。（三）尖端放电：导体尖端上的电荷密度很大，附近的电场很强，原来空气中残留的离子在尖端附近强 电场的作用下发生剧烈的运动。与空气中的气体分子碰撞，使空气中的气体分子发生电 离，产生大量新的离子。与尖端带同种电荷的离子，受到排斥，远离尖端，与尖端带异种 电荷的离子，受到吸引，奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电 荷。这个现象叫做尖端放电。避雷针就是利用尖端放电的原理制成的，带电的云层接近地面时，由于静电感应。地 面上的物体会出现异种电荷，并且密集在突出的物体上。如大树、铁塔、高层建筑物等。当电荷积累一定程度时，带电云层和这些突出的物体之间发

6、生强烈的放电。这就是雷击现 象。避雷针是一个金属的的尖端导体安在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板连 接。保持与大地有良好的接触，通过避雷针可以不断放电。避免电荷的大量积累，从而达 到避雷的目的。所以在暴风雷雨天高层建筑物也安然无恙。（四）静电屏蔽：当静电平衡时，导体内部场强处处为零，若把它实心导体挖空，则壳内的场强仍处处 为零，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽.1空腔导体的特点：净电荷只分布在外表面，内表面不带电，空腔内没有电场+3/6 2静电屏蔽 外部电场对内部仪器没有影响 若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响 若将球壳接地，则内外各不影响。例题 1

7、：如图所示的匀强电场中的一组等势面，A、B、C 两点间距离为 2cm，则该电场的 场强 E=_，与 A 点相距 1.5cm 的P 点电势为_.分析与解：答案：v/m v +4/6 例题 2：如图所示，在匀强电场中，以坐标原点 O 圆心，以 r 为半径做一个圆，库把 求 角的电势 轴成 与 其中圆上任一点 1)1(:,)cos 10 5(,10 V x P cm r P +=q j q 仑正电荷由A 点沿圆弧移到B 点电场力做多少功?（2）匀强电场的场强为多大？方向如 何？.,./100 1.0 10.10 1)5 15(,5 90,15,0,cos 10 5:.:0 轴的负方向即沿 低电势 势

8、指向 电场强度方向是由高电 匀强电场的电场强度 根据 若 若 已知 来确定 电场力做功由公式 分析与解 x m v r B A E J g W q U W v v q U W AB AB AB B A AB AB p=-=-=+=j j q q j q q j 说明：求电场力做的功也可用WAB=Eqd WAB=(1001)0.1=10J 此公式只能用于匀强电场求电场力做功。其中 d表示沿场 强方向上的距离。例题 3：如图所示，A、B、C、D 为匀强电场中一正方形的四个顶点。已知 A、B、C 的 电势._,3,3,15 v B v v v D c B A =-=j j j j 点电势 则 A D

9、 B C 分析与解：5/6.)5(,3,15:等而且等势面间的距离相 虚线为等势面 所示的匀强电场 画出如图 电势指向低电势 根据电场线由高最低 点电势 最高 点电势 题中给出 分析与解 v C v A C A -=j j 在匀强电场中 UAB=EAO=Ed，UDC=EOC=Ed，所以 UAB=UDC，V U V U D D D C D DC B A AB 9 12 3)3(12 3 15 =+-=-=-=-=j j j j j j j 注意：匀强电场中，U=Ed，其中d 是沿电场线方向上的距离.例题 4：图中接地金属球 A的半径为R，球外点电荷的电量为 Q，到球心的距离为 r，则 该金属球上

10、感应电荷在球心O 处产生场强等于（）2 2 2 2 2 r Qk D.零 C.R Qk r Q k B.R Q k r Q k.+-A分析与解：本题很易错选 C，错在机械地记住“静电平衡的导体内部场强为零”的结论，而未理解其等于零的原因.应该明确，静电平衡导体内部 E 内=0 是指外加电场 E 和感应电 荷场强 E叠加的结果，即金属球上感应电荷在某点产生的场强与点电荷Q 在该点的场.,),r Q k(2 D 故本题应选 合场强为零 方向相反 都等于 强大上相等 说明：本题若根据金属球上感应电荷分布情况求解，那是非常困难的.上述解答过程实际上 是巧妙运用等效替代的方法处理的.这种解题方法应引起注

11、意.例题 5：使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。下列各图表示验电器 上感应电荷的分布情况，正确的是（）分析与解：导体靠近带电体时，近端感应异种电荷远端感应同种电荷故正确选项为B。6/6例 6：如图所示，用带正电的绝缘棒A 去靠近原来不带电的验电器 B，B 的金属箔张开，这时金属箔带_电；若在带电棒A 移开前，用手摸一下验电器的小球后离开，然 后移开 A，这时B 的金属箔也能张开，它带_电。分析：导体靠近带电体时，近端感应异种电荷远端感应同种电荷，故金属箔带正电，若用 手摸验电器，金属箔上被感应出来的正电荷与电子转移来的电子中和，这时验电器带负 电，移走 A后，金属箔带负电，从而张开。